JP3482175B2 - シャドウ・ゾーンのパッチ処理を用いたコンピュータ断層撮影像再構成法 - Google Patents
シャドウ・ゾーンのパッチ処理を用いたコンピュータ断層撮影像再構成法Info
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computerised tomographs
- A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
- A61B6/40—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
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-
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- A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/027—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis characterised by the use of a particular data acquisition trajectory, e.g. helical or spiral
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線イメージング
手法に関し、より具体的には、異なる走査経路から得ら
れたデータを組み合わせて用いるコンピュータ断層撮影
Ｘ線イメージングに関する。
手法に関し、より具体的には、異なる走査経路から得ら
れたデータを組み合わせて用いるコンピュータ断層撮影
Ｘ線イメージングに関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）は、Ｘ
線エネルギのようなイメージング用エネルギの発生源、
及び関心のある物体を通過したイメージング用エネルギ
を検出する検出器を用いる。関心のある物体はしばし
ば、医療目的でイメージングされる患者である。典型的
には、単一の点線源をＸ線検出器アレイのような面積型
検出器と共に用いる。
線エネルギのようなイメージング用エネルギの発生源、
及び関心のある物体を通過したイメージング用エネルギ
を検出する検出器を用いる。関心のある物体はしばし
ば、医療目的でイメージングされる患者である。典型的
には、単一の点線源をＸ線検出器アレイのような面積型
検出器と共に用いる。
【０００３】線源と関心のある物体と検出器との間の相
対的な運動を用いて、画像再構成の目的でデータを収集
する。
対的な運動を用いて、画像再構成の目的でデータを収集
する。
【０００４】面積型Ｘ線検出器の出現により、検出器は
２次元平面に存在するので各々の線源位置毎に２次元デ
ータ集合の測定が可能になる。従って、イメージングさ
れている物体の線積分から成る１＋２＝３次元のデータ
集合の測定が可能になる。
２次元平面に存在するので各々の線源位置毎に２次元デ
ータ集合の測定が可能になる。従って、イメージングさ
れている物体の線積分から成る１＋２＝３次元のデータ
集合の測定が可能になる。
【０００５】イメージングされる物体は３つの空間的次
元に存在するので、上述の次元数はＣＴのような立体イ
メージングに有用である。より明確に述べると、１組の
平行な平面についての完全なＣＴデータは、２＋１＝３
次元のデータ集合を構成し、イメージング物体を完全に
決定する。
元に存在するので、上述の次元数はＣＴのような立体イ
メージングに有用である。より明確に述べると、１組の
平行な平面についての完全なＣＴデータは、２＋１＝３
次元のデータ集合を構成し、イメージング物体を完全に
決定する。
【０００６】残念なことに、単一の点線源によって形成
されるコーン・ビーム（円錐形のビーム）によるデータ
では、それほど単純な再構成は可能でない。単一の円軌
道は、ラドン再構成用の完全なデータ集合を提供しない
（即ち、測定誤差及び打切り誤差は別として）。従っ
て、様々な走査軌道が用いられている。
されるコーン・ビーム（円錐形のビーム）によるデータ
では、それほど単純な再構成は可能でない。単一の円軌
道は、ラドン再構成用の完全なデータ集合を提供しない
（即ち、測定誤差及び打切り誤差は別として）。従っ
て、様々な走査軌道が用いられている。
【０００７】一般的に述べると、走査軌道は、線源、検
出器及びイメージングされている物体の間の相対的な運
動から得られる。通常、線源が物体を巡る経路を移動し
て走査軌道を画定する。イメージングされている物体は
しばしば、医療患者であるが、可能性のある欠陥の位置
を突き止めるためにイメージングされる工業部品であっ
てもよい。イメージングされている物体が患者であるか
工業部品であるかに拘わらず、走査軌道を、線源又は検
出器に対する物体の運動によって少なくとも部分的に画
定してもよい。
出器及びイメージングされている物体の間の相対的な運
動から得られる。通常、線源が物体を巡る経路を移動し
て走査軌道を画定する。イメージングされている物体は
しばしば、医療患者であるが、可能性のある欠陥の位置
を突き止めるためにイメージングされる工業部品であっ
てもよい。イメージングされている物体が患者であるか
工業部品であるかに拘わらず、走査軌道を、線源又は検
出器に対する物体の運動によって少なくとも部分的に画
定してもよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以前から知られている
ことであるが、走査される物体を正確に３次元（３Ｄ）
再構成するためには、物体に交差するあらゆる平面が走
査経路(path)にも交差していなければならないことが要
求される。従って、本質的な単純さ及び回転対称性を備
えている円軌道のような平面軌道では、正確な３次元再
構成を行うのに十分ではない。
ことであるが、走査される物体を正確に３次元（３Ｄ）
再構成するためには、物体に交差するあらゆる平面が走
査経路(path)にも交差していなければならないことが要
求される。従って、本質的な単純さ及び回転対称性を備
えている円軌道のような平面軌道では、正確な３次元再
構成を行うのに十分ではない。
【０００９】正確な３次元再構成を行うために、走査軌
道は、所与の物体をイメージングするために２以上の走
査経路を利用する。走査軌道はしばしば、円走査経路及
び補足的な走査経路の２つの走査経路を用いる。円走査
経路の平面に直交する線経路は、円走査経路を補足する
のに用いられる一般的な走査経路である。第１の円走査
経路を補足するのに用いられるもう１つの走査経路は、
第１の円走査経路に対して傾斜している第２の円軌道で
ある。
道は、所与の物体をイメージングするために２以上の走
査経路を利用する。走査軌道はしばしば、円走査経路及
び補足的な走査経路の２つの走査経路を用いる。円走査
経路の平面に直交する線経路は、円走査経路を補足する
のに用いられる一般的な走査経路である。第１の円走査
経路を補足するのに用いられるもう１つの走査経路は、
第１の円走査経路に対して傾斜している第２の円軌道で
ある。
【００１０】完全なコーン・ビーム・データを提供する
ようなこれらの走査軌道は、いくつかの問題点を有し得
る。イメージングはしばしば、高度に複雑化した時間の
掛かるアルゴリズムを要求する。また、ラドン空間での
補間を用いる手法からノイズ及びアーティファクトがし
ばしば生ずる。
ようなこれらの走査軌道は、いくつかの問題点を有し得
る。イメージングはしばしば、高度に複雑化した時間の
掛かるアルゴリズムを要求する。また、ラドン空間での
補間を用いる手法からノイズ及びアーティファクトがし
ばしば生ずる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施態様で
は、物体が、エネルギ源から物体に対してイメージング
用エネルギを加えることによりイメージングされる。物
体を通過したイメージング用エネルギは、検出器によっ
て検出される。物体は、第１及び第２の走査経路におい
てイメージング用エネルギによって走査され、検出器が
第１の走査経路から第１の経路で測定された画像データ
及び第２の走査経路から第２の経路で測定された画像デ
ータを収集するようにする。第１及び第２の走査経路は
幾何的に別個であり、即ち、２つの走査経路が単一の方
程式によっては定義されないことを意味する。第１の走
査経路は、この第１の走査経路からラドン・データを取
得し得ないようなシャドウ・ゾーンを画定するが、第２
の走査経路は、少なくともシャドウ・ゾーン（陰影区
域）及びシャドウ近接ゾーンについての測定画像データ
を提供するのに十分なものである。シャドウ・ゾーン及
びシャドウ近接ゾーンは、合わせて拡張シャドウ・ゾー
ン（augmented shadow zone）となり、物体は、拡張シ
ャドウ・ゾーンに対して相補的である相補的なゾーンを
有する。第１及び第２の再構成された画像データにフー
リエ変換が施されて、第１及び第２のフーリエ変換デー
タをそれぞれ形成する。拡張シャドウ・ゾーンのフーリ
エ変換データは、第２のフーリエ変換データから得られ
る。相補的なフーリエ変換データは、第１のフーリエ変
換データから拡張シャドウ・ゾーンのフーリエ変換デー
タを除去することにより得られる。拡張シャドウ・ゾー
ンのフーリエ変換データと相補的なフーリエ変換データ
とを組み合わせて、全フーリエ変換データを形成する。
この全フーリエ変換データに逆フーリエ変換が施され
て、全画像データを形成する。全画像データに基づい
て、物体の画像が形成される。
は、物体が、エネルギ源から物体に対してイメージング
用エネルギを加えることによりイメージングされる。物
体を通過したイメージング用エネルギは、検出器によっ
て検出される。物体は、第１及び第２の走査経路におい
てイメージング用エネルギによって走査され、検出器が
第１の走査経路から第１の経路で測定された画像データ
及び第２の走査経路から第２の経路で測定された画像デ
ータを収集するようにする。第１及び第２の走査経路は
幾何的に別個であり、即ち、２つの走査経路が単一の方
程式によっては定義されないことを意味する。第１の走
査経路は、この第１の走査経路からラドン・データを取
得し得ないようなシャドウ・ゾーンを画定するが、第２
の走査経路は、少なくともシャドウ・ゾーン（陰影区
域）及びシャドウ近接ゾーンについての測定画像データ
を提供するのに十分なものである。シャドウ・ゾーン及
びシャドウ近接ゾーンは、合わせて拡張シャドウ・ゾー
ン（augmented shadow zone）となり、物体は、拡張シ
ャドウ・ゾーンに対して相補的である相補的なゾーンを
有する。第１及び第２の再構成された画像データにフー
リエ変換が施されて、第１及び第２のフーリエ変換デー
タをそれぞれ形成する。拡張シャドウ・ゾーンのフーリ
エ変換データは、第２のフーリエ変換データから得られ
る。相補的なフーリエ変換データは、第１のフーリエ変
換データから拡張シャドウ・ゾーンのフーリエ変換デー
タを除去することにより得られる。拡張シャドウ・ゾー
ンのフーリエ変換データと相補的なフーリエ変換データ
とを組み合わせて、全フーリエ変換データを形成する。
この全フーリエ変換データに逆フーリエ変換が施され
て、全画像データを形成する。全画像データに基づい
て、物体の画像が形成される。
【００１２】本発明のシステムの実施態様では、物体に
対してイメージング用エネルギを加えるエネルギ源を含
んでいる。検出器が、物体を通過したイメージング用エ
ネルギを検出する。位置決め装置が、イメージング用エ
ネルギによって物体を走査して、検出器が第１の走査経
路から第１の経路で測定された画像データ及び第２の走
査経路から第２の経路で測定された画像データを収集す
るようにする。第１の走査経路は、この第１の走査経路
からラドン・データを取得し得ないようなシャドウ・ゾ
ーンを画定しており、第２の走査経路は、少なくともシ
ャドウ・ゾーン及びシャドウ近接ゾーンについての測定
画像データを提供するのに十分なものである。シャドウ
・ゾーン及びシャドウ近接ゾーンは、合わせて拡張シャ
ドウ・ゾーンとなり、物体は、拡張シャドウ・ゾーンに
対して相補的である相補的なゾーンを有する。第１及び
第２の走査経路は、幾何的に別個である。検出器に動作
に関して接続されたプロセッサが、それぞれの第１の経
路で測定された画像データ及び第２の経路で測定された
画像データから得られる第１及び第２の再構成された画
像データにそれぞれ対応する第１及び第２の画像を再構
成するように動作することが可能である。プロセッサ
は、第１及び第２の再構成された画像データにフーリエ
変換を施し、第１及び第２のフーリエ変換データをそれ
ぞれ形成し、また、プロセッサは、第２のフーリエ変換
データから拡張シャドウ・ゾーンのフーリエ変換データ
を得ると共に、第１のフーリエ変換データから拡張シャ
ドウ・ゾーンのフーリエ変換データを除去することによ
り相補的なフーリエ変換データを得る。プロセッサは更
に、拡張シャドウ・ゾーンのフーリエ変換データと相補
的なフーリエ変換データとを組み合わせて、全フーリエ
変換データを形成するように動作することが可能であ
る。プロセッサは更に、この全フーリエ変換データに対
して逆フーリエ変換を施して、全画像データを形成する
ように動作することが可能である。プロセッサに動作上
接続されている画像供給装置が、全画像データに基づい
て物体の画像を供給する。
対してイメージング用エネルギを加えるエネルギ源を含
んでいる。検出器が、物体を通過したイメージング用エ
ネルギを検出する。位置決め装置が、イメージング用エ
ネルギによって物体を走査して、検出器が第１の走査経
路から第１の経路で測定された画像データ及び第２の走
査経路から第２の経路で測定された画像データを収集す
るようにする。第１の走査経路は、この第１の走査経路
からラドン・データを取得し得ないようなシャドウ・ゾ
ーンを画定しており、第２の走査経路は、少なくともシ
ャドウ・ゾーン及びシャドウ近接ゾーンについての測定
画像データを提供するのに十分なものである。シャドウ
・ゾーン及びシャドウ近接ゾーンは、合わせて拡張シャ
ドウ・ゾーンとなり、物体は、拡張シャドウ・ゾーンに
対して相補的である相補的なゾーンを有する。第１及び
第２の走査経路は、幾何的に別個である。検出器に動作
に関して接続されたプロセッサが、それぞれの第１の経
路で測定された画像データ及び第２の経路で測定された
画像データから得られる第１及び第２の再構成された画
像データにそれぞれ対応する第１及び第２の画像を再構
成するように動作することが可能である。プロセッサ
は、第１及び第２の再構成された画像データにフーリエ
変換を施し、第１及び第２のフーリエ変換データをそれ
ぞれ形成し、また、プロセッサは、第２のフーリエ変換
データから拡張シャドウ・ゾーンのフーリエ変換データ
を得ると共に、第１のフーリエ変換データから拡張シャ
ドウ・ゾーンのフーリエ変換データを除去することによ
り相補的なフーリエ変換データを得る。プロセッサは更
に、拡張シャドウ・ゾーンのフーリエ変換データと相補
的なフーリエ変換データとを組み合わせて、全フーリエ
変換データを形成するように動作することが可能であ
る。プロセッサは更に、この全フーリエ変換データに対
して逆フーリエ変換を施して、全画像データを形成する
ように動作することが可能である。プロセッサに動作上
接続されている画像供給装置が、全画像データに基づい
て物体の画像を供給する。
【００１３】
【発明の実施の形態】ここで、図１について説明する。
イメージング用エネルギがエネルギ源１０によって物体
１２に対して加えられ、検出器１４によって検出され
る。エネルギ源１０は典型的には、コーン・ビーム型Ｘ
線源を含んでおり、検出器１４は典型的には、個別の検
出器素子（別個の素子は図示されていない）の配列を有
する２次元配列型検出器等の面積型検出器を有してい
る。物体１２は、典型的には、患者（人体又は動物又は
組織塊）である。その代替例としては、物体１２は工業
部品であり、又はＣＴを用いてイメージングされるその
他の物体である。
イメージング用エネルギがエネルギ源１０によって物体
１２に対して加えられ、検出器１４によって検出され
る。エネルギ源１０は典型的には、コーン・ビーム型Ｘ
線源を含んでおり、検出器１４は典型的には、個別の検
出器素子（別個の素子は図示されていない）の配列を有
する２次元配列型検出器等の面積型検出器を有してい
る。物体１２は、典型的には、患者（人体又は動物又は
組織塊）である。その代替例としては、物体１２は工業
部品であり、又はＣＴを用いてイメージングされるその
他の物体である。
【００１４】物体１２を通過したコーン・ビーム・エネ
ルギは、検出器１４において検出され、対応する電気信
号へ変換されてデータ取得ユニット１６へ送られ、デー
タ取得ユニット１６は電気信号を記録する。ユニット１
６はまた、コーン・ビーム・データをプロセッサ１８へ
送る。プロセッサ１８は通常、様々な処理工程を実行す
るようにプログラムされているコンピュータを含んでい
る。プロセッサ１８内部で実行される様々な処理工程
は、図１に単純化された形態で示されている。これらの
工程については、本発明に用いる数学の議論の後に議論
する。この段階で、プロセッサは、円形の第１の走査経
路及びこれに続く直交する線形の第２の走査経路、又は
円形の第１の走査経路及びこれに続く第１の円走査経路
に対して傾斜した円形の第２の走査経路等のような幾何
的に別個の２つの走査経路に対応する２つの画像データ
集合を再構成する。プロセッサは、２つの集合をフーリ
エ変換し、２つのフーリエ変換集合に対して調節を加
え、調節後の２つのフーリエ変換集合を結合し、これら
最後の２つの集合を逆フーリエ変換して、画像データを
形成し、このデータを表示装置２０に表示すると共にメ
モリ２２に記憶する。
ルギは、検出器１４において検出され、対応する電気信
号へ変換されてデータ取得ユニット１６へ送られ、デー
タ取得ユニット１６は電気信号を記録する。ユニット１
６はまた、コーン・ビーム・データをプロセッサ１８へ
送る。プロセッサ１８は通常、様々な処理工程を実行す
るようにプログラムされているコンピュータを含んでい
る。プロセッサ１８内部で実行される様々な処理工程
は、図１に単純化された形態で示されている。これらの
工程については、本発明に用いる数学の議論の後に議論
する。この段階で、プロセッサは、円形の第１の走査経
路及びこれに続く直交する線形の第２の走査経路、又は
円形の第１の走査経路及びこれに続く第１の円走査経路
に対して傾斜した円形の第２の走査経路等のような幾何
的に別個の２つの走査経路に対応する２つの画像データ
集合を再構成する。プロセッサは、２つの集合をフーリ
エ変換し、２つのフーリエ変換集合に対して調節を加
え、調節後の２つのフーリエ変換集合を結合し、これら
最後の２つの集合を逆フーリエ変換して、画像データを
形成し、このデータを表示装置２０に表示すると共にメ
モリ２２に記憶する。
【００１５】走査軌道は、ロボット制御式位置決め装置
２４、２６及び２８によってそれぞれ制御されるエネル
ギ源１０、物体１２及び検出器１４の相対的な運動によ
って画定される。ロボット制御式位置決め装置２４、２
６及び２８の各々によって、エネルギ源１０と物体１２
と検出器１４との間での相対的な走査運動が行われる。
位置決め装置２４、２６及び２８はまた、プロセッサ１
８によって制御されており、以下に議論する走査軌道を
実現する。
２４、２６及び２８によってそれぞれ制御されるエネル
ギ源１０、物体１２及び検出器１４の相対的な運動によ
って画定される。ロボット制御式位置決め装置２４、２
６及び２８の各々によって、エネルギ源１０と物体１２
と検出器１４との間での相対的な走査運動が行われる。
位置決め装置２４、２６及び２８はまた、プロセッサ１
８によって制御されており、以下に議論する走査軌道を
実現する。
【００１６】図２を用いて、本発明によって用いられる
基本的な概念を説明する。
基本的な概念を説明する。
【００１７】本発明は、正確な３次元再構成を提供し、
即ち、測定誤差及び打切り誤差以外で正確な画像再構成
を提供する。測定誤差は例えば、エネルギ源及び検出器
の相対的な配置の不正確さから生じ得る。打切り誤差は
例えば、エネルギ源がその軌道を巡って移動する際に離
散的な複数の位置に位置するとの仮定に基づいて測定を
行うことから生じ得る。
即ち、測定誤差及び打切り誤差以外で正確な画像再構成
を提供する。測定誤差は例えば、エネルギ源及び検出器
の相対的な配置の不正確さから生じ得る。打切り誤差は
例えば、エネルギ源がその軌道を巡って移動する際に離
散的な複数の位置に位置するとの仮定に基づいて測定を
行うことから生じ得る。
【００１８】単一の円軌道の幾何形状を図２に、円−線
走査軌道の幾何形状を図３にそれぞれ示す。ここで、ｄ
を円軌道の半径、Ｒを物体の球面関数支持部の半径、Ｌ
を線軌道又は線経路の２分の１長さとすると、Ｌ≧２ｄ
Ｒ（ｄ2 −Ｒ2 ）-1/2である限りにおいて、スキャナが
正確な再構成を提供するための十分条件を満たすことが
わかっている。実際には、物体と交差する任意の平面
が、円−線軌道に１回、２回又は３回交差する。
走査軌道の幾何形状を図３にそれぞれ示す。ここで、ｄ
を円軌道の半径、Ｒを物体の球面関数支持部の半径、Ｌ
を線軌道又は線経路の２分の１長さとすると、Ｌ≧２ｄ
Ｒ（ｄ2 −Ｒ2 ）-1/2である限りにおいて、スキャナが
正確な再構成を提供するための十分条件を満たすことが
わかっている。実際には、物体と交差する任意の平面
が、円−線軌道に１回、２回又は３回交差する。
【００１９】図２の断面を図４に示す。同図にはシャド
ウ・ゾーンが定義されている。円軌道が再構成用の完全
なデータを提供しないようなシャドウ・ゾーンは、図４
では陰影付きの区域となっている。図４の断面における
このゾーンは、物体の円３０内にあり且つ直径ｄの円３
２及び３２の両方の外側にある区域である。
ウ・ゾーンが定義されている。円軌道が再構成用の完全
なデータを提供しないようなシャドウ・ゾーンは、図４
では陰影付きの区域となっている。図４の断面における
このゾーンは、物体の円３０内にあり且つ直径ｄの円３
２及び３２の両方の外側にある区域である。
【００２０】シャドウ・ゾーンは、物体の中心から反対
の方向に伸びている１対の円錐３６の内部に完全に含ま
れている。円錐は２θの広がりを有しており、ここで、
θ＝ｓｉｎ-1（Ｒ／ｄ）である。
の方向に伸びている１対の円錐３６の内部に完全に含ま
れている。円錐は２θの広がりを有しており、ここで、
θ＝ｓｉｎ-1（Ｒ／ｄ）である。
【００２１】この円錐領域をシャドウ・コーンと呼ぶも
のとし、又はより一般的に拡張シャドウ・ゾーンと呼ぶ
ものとする。
のとし、又はより一般的に拡張シャドウ・ゾーンと呼ぶ
ものとする。
【００２２】図４の断面構造に基づいて述べると、２つ
の同一の円軌道が同じ中心を共有していて、これらの円
の回転平面が少なくとも２θ°の角度を成すときには、
各々の軌道のシャドウ・ゾーンは、各々の相手方の軌道
によって完全に補足されることが明らかである。従っ
て、図８に示すように、第１の円軌道走査経路３８と第
２の円軌道走査経路４０とを有し、両経路の間で図示の
角度を成す走査軌道は、重なり合い（オーバーラップ）
のないシャドウ・ゾーンを有し、２つの円軌道は互いに
補足し合うものとなる。
の同一の円軌道が同じ中心を共有していて、これらの円
の回転平面が少なくとも２θ°の角度を成すときには、
各々の軌道のシャドウ・ゾーンは、各々の相手方の軌道
によって完全に補足されることが明らかである。従っ
て、図８に示すように、第１の円軌道走査経路３８と第
２の円軌道走査経路４０とを有し、両経路の間で図示の
角度を成す走査軌道は、重なり合い（オーバーラップ）
のないシャドウ・ゾーンを有し、２つの円軌道は互いに
補足し合うものとなる。
【００２３】図３に定義されている線軌道が円軌道のシ
ャドウ・ゾーンをどのように補足し得るかについては、
上記ほど明白ではないが、このような補足を行う手法が
以下の議論のようにして提供される。
ャドウ・ゾーンをどのように補足し得るかについては、
上記ほど明白ではないが、このような補足を行う手法が
以下の議論のようにして提供される。
【００２４】線軌道から画像データを再構成する手法
は、計算への要求の厳しいHuの線アルゴリズム手法とは
異なる方式で実現することができる。図３から、物体を
完全に包含するためには、Ｘ線源は２αの円錐角を有さ
なければならないことが明らかである（Ｘ線源が線軌道
の中心に配置されている場合）。線−円軌道を実現する
実際的な方法は、次の４つの段階によって物体を移動さ
せると共に回転させるものである。即ち、（１）線源及
び検出器パネルを静止した状態に維持する、（２）物体
をビームの下方から、線源及び検出器パネルの中心と並
ぶまで平行移動させる、（３）円軌道を満たすために物
体を３６０°回転させる、及び（４）物体をコーン・ビ
ームの外部へ移動させ続ける。
は、計算への要求の厳しいHuの線アルゴリズム手法とは
異なる方式で実現することができる。図３から、物体を
完全に包含するためには、Ｘ線源は２αの円錐角を有さ
なければならないことが明らかである（Ｘ線源が線軌道
の中心に配置されている場合）。線−円軌道を実現する
実際的な方法は、次の４つの段階によって物体を移動さ
せると共に回転させるものである。即ち、（１）線源及
び検出器パネルを静止した状態に維持する、（２）物体
をビームの下方から、線源及び検出器パネルの中心と並
ぶまで平行移動させる、（３）円軌道を満たすために物
体を３６０°回転させる、及び（４）物体をコーン・ビ
ームの外部へ移動させ続ける。
【００２５】図５は、各々の検出器素子が、物体の線運
動から１組の平行なビームを収集する所を示している。
同じ列の検出器素子は、−αからαまで傾斜した一連の
平行なビームを構成する。これらの列方向の検出器は、
物体の同じ垂直スライスを切り取っている。中心スライ
ス定理に基づいて述べると、各々の再構成されるスライ
スは、スライスの個有の２次元フーリエ空間において
は、物体の全周波数成分のうちの一部分（セグメント）
を復元し得るに過ぎない。周波数領域における２つのセ
グメント（又はセクタ）はそれぞれ２α°の角度に対し
ている。
動から１組の平行なビームを収集する所を示している。
同じ列の検出器素子は、−αからαまで傾斜した一連の
平行なビームを構成する。これらの列方向の検出器は、
物体の同じ垂直スライスを切り取っている。中心スライ
ス定理に基づいて述べると、各々の再構成されるスライ
スは、スライスの個有の２次元フーリエ空間において
は、物体の全周波数成分のうちの一部分（セグメント）
を復元し得るに過ぎない。周波数領域における２つのセ
グメント（又はセクタ）はそれぞれ２α°の角度に対し
ている。
【００２６】検出器パネル１４はＭ行×Ｍ列の密に当接
した検出器から成っており、物体が線運動のみを行うと
きにはＫ個のスナップショット（又は投影ビュー）が撮
影される。従来の逆投影手順に従って（又は高速アルゴ
リズム用に直接フーリエ法を用いて）、物体のＭ個のス
ライスが独立に再構成される。コーン・ビームの構造で
あることから、これらのＭ個のスライスがホーン（hor
n）形状の空間を形成する。単純な補間方式によって、
ホーン形状の空間を規則的な３次元格子配列へ変換す
る。この時点で、線軌道又は線経路から部分的に復元さ
れた物体を、公知のFeldkampのアルゴリズムを用いて円
軌道から得られたコア画像と組み合わせることができ
る。
した検出器から成っており、物体が線運動のみを行うと
きにはＫ個のスナップショット（又は投影ビュー）が撮
影される。従来の逆投影手順に従って（又は高速アルゴ
リズム用に直接フーリエ法を用いて）、物体のＭ個のス
ライスが独立に再構成される。コーン・ビームの構造で
あることから、これらのＭ個のスライスがホーン（hor
n）形状の空間を形成する。単純な補間方式によって、
ホーン形状の空間を規則的な３次元格子配列へ変換す
る。この時点で、線軌道又は線経路から部分的に復元さ
れた物体を、公知のFeldkampのアルゴリズムを用いて円
軌道から得られたコア画像と組み合わせることができ
る。
【００２７】ここで、図１のプロセッサ１８内の処理ブ
ロックの説明に移る。ｆc （ｒ）及びｆl （ｒ）をそれ
ぞれ、Feldkampのアルゴリズム及び上述の逆投影手順を
介して円軌道及び線軌道から再構成される原画像とす
る。以下に述べる工程は、ブロック４２及びブロック４
４からそれぞれ得られたこれら２つの画像がどのように
組み合わされ得るかを記述している。
ロックの説明に移る。ｆc （ｒ）及びｆl （ｒ）をそれ
ぞれ、Feldkampのアルゴリズム及び上述の逆投影手順を
介して円軌道及び線軌道から再構成される原画像とす
る。以下に述べる工程は、ブロック４２及びブロック４
４からそれぞれ得られたこれら２つの画像がどのように
組み合わされ得るかを記述している。
【００２８】１： ２θの中心角を有するシャドウ・コ
ーンをラドン空間内で定義する。
ーンをラドン空間内で定義する。
【００２９】２： ラドン空間内のシャドウ・コーン
は、３次元フーリエ空間に直接写像される。このときの
シャドウ・コーンは、見かけの上で角度２θを有する類
似の円錐であり、有限の支持範囲を有する。３次元フー
リエ空間でのシャドウ・コーンをＦc と表わす。
は、３次元フーリエ空間に直接写像される。このときの
シャドウ・コーンは、見かけの上で角度２θを有する類
似の円錐であり、有限の支持範囲を有する。３次元フー
リエ空間でのシャドウ・コーンをＦc と表わす。
【００３０】３： ブロック４６及びブロック４８にお
いてそれぞれｆc （ｒ）及びｆl（ｒ）を３次元フーリ
エ空間へ変換して、変換をそれぞれＦc 及びＦl と表わ
す。
いてそれぞれｆc （ｒ）及びｆl（ｒ）を３次元フーリ
エ空間へ変換して、変換をそれぞれＦc 及びＦl と表わ
す。
【００３１】４： ブロック５０において、Ｆl 内の非
シャドウ・コーン・データを削除することによりＦl か
らＦsc（シャドウ・コーンについてのフーリエ・デー
タ）を得、他方、ブロック４６は、ブロック５２におい
てＦc からシャドウ・コーン・データを除去することに
よりＦns（シャドウ・コーンの外部のフーリエ・デー
タ）を供給する。
シャドウ・コーン・データを削除することによりＦl か
らＦsc（シャドウ・コーンについてのフーリエ・デー
タ）を得、他方、ブロック４６は、ブロック５２におい
てＦc からシャドウ・コーン・データを除去することに
よりＦns（シャドウ・コーンの外部のフーリエ・デー
タ）を供給する。
【００３２】５： 総フーリエ・データ又は全フーリエ
・データは、Ｆ1 ＝Ｆsc＋Ｆnsであり、ブロック５４に
おいて組み合わされ、ブロック５６において変換され、
ブロック５８において変換されて画像領域ｆt に戻され
る。
・データは、Ｆ1 ＝Ｆsc＋Ｆnsであり、ブロック５４に
おいて組み合わされ、ブロック５６において変換され、
ブロック５８において変換されて画像領域ｆt に戻され
る。
【００３３】画像空間及びフーリエ空間の両方において
格子分解能は有限であるので、Ｆnsにおいて必ずしも空
とは限らない（パッチ処理の前）シャドウ・コーンが得
られる。ＦnsとＦscとの間の移行を滑らかにするため
に、適当な加重関数ｗを用いてこれらを配合する。即
ち、Ｆ1 ＝（１−ｗ）Ｆsc＋ｗＦnsとする。従って、ｆ
tはこの時点で、十分に考慮された冗長性誤差を有する
完全な画像となる。これは、シャドウ・ゾーンをラドン
空間内のシャドウ・コーンで置き換える処理において行
われている。このことは、有効ラドン・データが存在し
ているトーラス形状の領域全体より外部では、シャドウ
・ゾーンの表面の境界を成すラドン・データのみが、１
つの点で円軌道を切り取る積分平面を有し、他方、トー
ラス内部のラドン・データの残部は全て、２つの切り取
る点を有するという事実による。しかしながら、これ
は、シャドウ・ゾーンが僅かに大きなシャドウ・コーン
によって置き換えられた後には最早真ではない。即ち、
残存するラドン・データは全て、２つの異なる点におい
て円軌道を切り取る積分平面を有するものとなる。
格子分解能は有限であるので、Ｆnsにおいて必ずしも空
とは限らない（パッチ処理の前）シャドウ・コーンが得
られる。ＦnsとＦscとの間の移行を滑らかにするため
に、適当な加重関数ｗを用いてこれらを配合する。即
ち、Ｆ1 ＝（１−ｗ）Ｆsc＋ｗＦnsとする。従って、ｆ
tはこの時点で、十分に考慮された冗長性誤差を有する
完全な画像となる。これは、シャドウ・ゾーンをラドン
空間内のシャドウ・コーンで置き換える処理において行
われている。このことは、有効ラドン・データが存在し
ているトーラス形状の領域全体より外部では、シャドウ
・ゾーンの表面の境界を成すラドン・データのみが、１
つの点で円軌道を切り取る積分平面を有し、他方、トー
ラス内部のラドン・データの残部は全て、２つの切り取
る点を有するという事実による。しかしながら、これ
は、シャドウ・ゾーンが僅かに大きなシャドウ・コーン
によって置き換えられた後には最早真ではない。即ち、
残存するラドン・データは全て、２つの異なる点におい
て円軌道を切り取る積分平面を有するものとなる。
【００３４】好ましい実施態様を参照して本発明を記載
したが、当業者には、様々な変形を行い得ること、及び
本発明の範囲から逸脱することなく本発明の要素を均等
構成で置き換え得ることが理解されよう。加えて、本発
明の本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教示に
合わせて具体的な状況又は材料を適合させる多くの改変
を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施
するのに想到される最良の態様として開示された特定の
実施態様に限定される訳ではなく、本発明は、特許請求
の範囲内に含まれる全ての実施態様を含むものとする。
したが、当業者には、様々な変形を行い得ること、及び
本発明の範囲から逸脱することなく本発明の要素を均等
構成で置き換え得ることが理解されよう。加えて、本発
明の本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教示に
合わせて具体的な状況又は材料を適合させる多くの改変
を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施
するのに想到される最良の態様として開示された特定の
実施態様に限定される訳ではなく、本発明は、特許請求
の範囲内に含まれる全ての実施態様を含むものとする。
【図１】イメージング・システムの構成要素及びプロセ
ッサ内部の処理工程を示すブロック図である。
ッサ内部の処理工程を示すブロック図である。
【図２】イメージングされている物体を巡る円軌道を示
す略図である。
す略図である。
【図３】イメージングされている物体を巡る円軌道走査
経路と、円軌道の平面に直交する線走査経路とを有する
走査軌道を示す略図である。
経路と、円軌道の平面に直交する線走査経路とを有する
走査軌道を示す略図である。
【図４】図２の円軌道の断面図である。
【図５】コーン・ビームを通過して移動させられる物体
を示す略図である。
を示す略図である。
【図６】図５の運動により検出器平面の最下行から収集
されるビーム配向そ示す略図である。
されるビーム配向そ示す略図である。
【図７】図５の運動により検出器平面の最上行から収集
されるビーム配向を示す略図である。
されるビーム配向を示す略図である。
【図８】互いに対して傾斜した２つの円軌道を示す単純
化された側面図である。
化された側面図である。
１０ エネルギ源
１２ 物体
１４ 検出器
１８ プロセッサ
３０ 物体円
３２、３４ 走査円
３６ シャドウ・ゾーンを含む円錐
３８、４０ 円軌道走査経路
フロントページの続き
(72)発明者 ピーター・マイケル・エデック
アメリカ合衆国、ニューヨーク州、アル
バニー、マニング・ブールヴァール、55
番
(56)参考文献 特表2000−506765（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 6/03
Claims (16)
- 【請求項１】物体へイメージング用エネルギを加えるエ
ネルギ源と、前記物体を通過したイメージング用エネル
ギを検出する検出器とを有し、前記イメージング用エネ
ルギにより第１及び第２の走査経路において前記物体を
走査することにより、前記検出器で第１の走査経路から
第１経路測定画像データ及び第２の走査経路から第２経
路測定画像データを収集し、前記第１の走査経路が、該
第１の走査経路からラドン・データを取得可能でないシ
ャドウ・ゾーンを画定し、前記第２の走査経路が、少な
くとも前記シャドウ・ゾーン及びシャドウ近接ゾーンに
ついて測定される画像データを提供するのに十分であ
り、前記シャドウ・ゾーン及びシャドウ近接ゾーンが、
合わせて拡張シャドウ・ゾーンとなり、前記物体は、前
記拡張シャドウ・ゾーンに対して相補的である相補的な
ゾーンを有し、前記第１及び第２の走査経路が幾何的に
別個である、イメージングシステムにおいて、物体をイ
メージングする方法であって、 それぞれの前記第１経路測定画像データ及び前記第２経
路測定画像データから得られる第１及び第２の再構成画
像データにそれぞれ対応する第１及び第２の画像を再構
成する工程と、 前記第１及び第２の再構成された画像データに対しフー
リエ変換を行って、第１及び第２のフーリエ変換データ
をそれぞれ形成する工程と、 前記第２のフーリエ変換データから拡張シャドウ・ゾー
ンのフーリエ変換データを得る工程と、 前記第１のフーリエ変換データから拡張シャドウ・ゾー
ンのフーリエ変換データを除去することにより、相補的
なフーリエ変換データを得る工程と、 前記拡張シャドウ・ゾーンのフーリエ変換データと前記
相補的なフーリエ変換データとを組み合わせて、全フー
リエ変換データを形成する工程と、 前記全フーリエ変換データに対して逆フーリエ変換を行
って、全画像データを形成する工程と、 前記全画像データに基づいて前記物体の画像を提供する
工程と、を有していることを特徴とする、物体をイメー
ジングする方法。 - 【請求項２】前記第１の走査経路は平面内の軌道であ
り、前記第２の走査経路は前記平面に対し傾斜した円形
の経路である請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記第１の走査経路は円軌道であり、前記
第２の走査経路は線である請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】前記拡張シャドウ・ゾーンは２つの円錐で
ある請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】前記拡張シャドウ・ゾーンのフーリエ変換
データと前記相補的なフーリエ変換データとを組み合わ
せる工程は、加重関数を用いて前記拡張シャドウ・ゾー
ンのフーリエ変換データと前記相補的なフーリエ変換デ
ータとを配合することを特徴とする請求項１又は４に記
載の方法。 - 【請求項６】前記第１及び第２の走査経路は、正確な３
次元再構成を可能にするように決められる請求項１に記
載の方法。 - 【請求項７】前記第１の走査経路は平面内の軌道であ
り、前記第２の走査経路は前記平面に垂直な線である請
求項１に記載の方法。 - 【請求項８】イメージング用エネルギ源と、検出器と、
前記検出器が第１の走査経路から第１経路測定画像デー
タ及び第２の走査経路から第２経路測定画像データを収
集するように、前記イメージング用エネルギにより前記
物体を走査する位置決め装置であって、前記第１の走査
経路は、該第１の走査経路からラドン・データを取得可
能でないシャドウ・ゾーンを画定し、前記第２の走査経
路は、少なくとも前記シャドウ・ゾーン及びシャドウ近
接ゾーンについて測定される画像データを提供するのに
十分であり、前記シャドウ・ゾーン及びシャドウ近接ゾ
ーンは、合わせて拡張シャドウ・ゾーンとなり、前記物
体は、前記拡張シャドウ・ゾーンに対して相補的である
相補的なゾーンを有し、前記第１及び第２の走査経路は
幾何的に別個である、位置決め装置と、前記検出器に動
作上接続されていて、それぞれの前記第１経路測定画像
データ及び前記第２経路測定画像データから得られる第
１及び第２の再構成画像データにそれぞれ対応する第１
及び第２の画像を再構成するように動作可能であり、且
つ前記第１及び第２の再構成画像データに対しフーリエ
変換を行って、第１及び第２のフーリエ変換データをそ
れぞれ形成するように動作可能であり、且つ前記第２の
フーリエ変換データから拡張シャドウ・ゾーンのフーリ
エ変換データを得ると共に、前記第１のフーリエ変換デ
ータから拡張シャドウ・ゾーンのフーリエ変換データを
除去することにより相補的なフーリエ変換データを得
て、前記拡張シャドウ・ゾーンのフーリエ変換データと
前記相補的なフーリエ変換データとを組み合わせること
により、全フーリエ変換データを形成するように動作可
能であり、且つ前記全フーリエ変換データに対して逆フ
ーリエ変換を行って、全画像データを形成するように動
作可能であるプロセッサと、前記プロセッサに動作上接
続されていて、前記全画像データに基づいて前記物体の
画像を提供する画像供給装置と、を備えている、物体を
イメージングするシステム。 - 【請求項９】前記位置決め装置は、前記第１の走査経路
として平面内の軌道を形成すると共に、前記平面に対し
傾斜した円形の経路である前記第２の走査経路を形成す
るように動作可能である請求項８に記載のシステム。 - 【請求項１０】前記位置決め装置は、前記第１の走査経
路が円軌道であり、前記第２の走査経路が線であるもの
と規定するように動作可能である請求項８に記載のシス
テム。 - 【請求項１１】前記拡張シャドウ・ゾーンは２つの円錐
である請求項１０に記載のシステム。 - 【請求項１２】前記位置決め装置は、前記第２の走査経
路の一部を形成するために、前記エネルギ源及び前記検
出器を互いに対して静止した状態に維持しながら、前記
物体が前記第１の走査経路の平面内に位置するまで前記
物体を前記エネルギ源及び検出器に対して線内で移動さ
せ、次いで、前記エネルギ源及び前記検出器に対して前
記物体を回転させ、次いで、前記第２の走査経路を完結
するために、前記エネルギ源及び前記検出器を互いに対
して静止した状態に維持しながら、前記物体を前記エネ
ルギ源及び検出器に対して線内で移動させるように動作
可能である請求項１１に記載の物体をイメージングする
システム。 - 【請求項１３】前記拡張シャドウ・ゾーンのフーリエ変
換データと前記相補的なフーリエ変換データとを組み合
わせは、加重関数を用いて前記拡張シャドウ・ゾーンの
フーリエ変換データと前記相補的なフーリエ変換データ
とを配合することを特徴とする請求項８又は１１に記載
のシステム。 - 【請求項１４】前記位置決め装置は、正確な３次元再構
成を可能にする前記第１及び第２の走査経路を形成する
請求項８に記載のシステム。 - 【請求項１５】前記拡張シャドウ・ゾーンは２つの円錐
である請求項８に記載のシステム。 - 【請求項１６】前記位置決め装置は、前記第１の走査経
路が平面内の軌道であり、前記第２の走査経路が前記平
面に垂直な線であるものと規定する請求項８に記載のシ
ステム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/272,533 US6154515A (en) | 1999-02-22 | 1999-03-22 | Computerized tomography reconstruction using shadow zone patching |
| DE10014668A DE10014668A1 (de) | 1999-02-22 | 2000-03-24 | Computertomographierekonstruktion unter Verwendung einer Schattenzonenausbesserung |
| JP2000087756A JP3482175B2 (ja) | 1999-02-22 | 2000-03-28 | シャドウ・ゾーンのパッチ処理を用いたコンピュータ断層撮影像再構成法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12106499P | 1999-02-22 | 1999-02-22 | |
| DE10014668A DE10014668A1 (de) | 1999-02-22 | 2000-03-24 | Computertomographierekonstruktion unter Verwendung einer Schattenzonenausbesserung |
| JP2000087756A JP3482175B2 (ja) | 1999-02-22 | 2000-03-28 | シャドウ・ゾーンのパッチ処理を用いたコンピュータ断層撮影像再構成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001276033A JP2001276033A (ja) | 2001-10-09 |
| JP3482175B2 true JP3482175B2 (ja) | 2003-12-22 |
Family
ID=27213751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000087756A Expired - Fee Related JP3482175B2 (ja) | 1999-02-22 | 2000-03-28 | シャドウ・ゾーンのパッチ処理を用いたコンピュータ断層撮影像再構成法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3482175B2 (ja) |
| DE (1) | DE10014668A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| DE202019003376U1 (de) | 2019-03-21 | 2019-09-13 | Ziehm Imaging Gmbh | Röntgensystem zur iterativen Bestimmung einer optimalen Koordinatentransformation zwischen überlappenden Volumina, die aus Volumendatensätzen von diskret abgetasteten Objektbereichen rekonstruiert wurden |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4570224A (en) * | 1982-11-29 | 1986-02-11 | Elscint, Inc. | Combining rebinned and unrebinned parallel ray data with unequal lateral spacing to create tomograph images |
| US5211840A (en) * | 1991-05-08 | 1993-05-18 | Betz Laboratories, Inc. | Neutralizing amines with low salt precipitation potential |
| DE4315279C2 (de) * | 1993-05-07 | 1996-02-22 | Siemens Ag | Verfahren zum Erzeugen eines Schichtbildes mit Hilfe eines Computertomographen |
| US5390112A (en) * | 1993-10-04 | 1995-02-14 | General Electric Company | Three-dimensional computerized tomography scanning method and system for imaging large objects with smaller area detectors |
| US5473654A (en) * | 1994-06-24 | 1995-12-05 | General Electric Company | Backprojection for x-ray CT system |
| US5778038A (en) * | 1996-06-06 | 1998-07-07 | Yeda Research And Development Co., Ltd. | Computerized tomography scanner and method of performing computerized tomography |
| US6148056A (en) * | 1999-02-22 | 2000-11-14 | General Electric Company | Efficient cone-beam reconstruction system using circle-and-line orbit data |
-
2000
- 2000-03-24 DE DE10014668A patent/DE10014668A1/de not_active Withdrawn
- 2000-03-28 JP JP2000087756A patent/JP3482175B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001276033A (ja) | 2001-10-09 |
| DE10014668A1 (de) | 2001-10-04 |
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