JP4465062B2 - 計算機式断層写真装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
この発明は全般的に計算機式断層写真装置、更に具体的に言えば、多重スライス計算機式断層写真装置を用いて傾動ガントリを用いて走査を実施する時の画像の再構成に関する。
典型的なＣＴ装置の形式では、ｘ線源が扇形ビームを投射する。このビームは、直角座標系のＸ−Ｙ平面内にあるようにコリメートされていて、この平面は一般的に「作像平面」と呼ばれている。ｘ線ビームが患者の様な作像しようとする物体を通過する。ビームは、物体による減衰を受けた後、放射検出器の配列に入射する。検出器配列が受け取った減衰したビーム放射の強度は、物体によるｘ線ビームの減衰に関係する。配列の各々の検出素子又はセルが、その検出器の場所に於けるビームの減衰の測定値である別々の電気信号を発生する。すべての検出セルからの減衰測定値を別々に収集して透過分布を作る。
【０００２】
典型的なＣＴ装置では、ｘ線源及び検出器配列が作像平面内でガントリと共に作像しようとする物体の周りを回転し、この為、ｘ線ビームが物体と交わる時の回転角度が絶えず変化する。ある１つのガントリの回転角度で検出器配列から得られた一群のｘ線減衰測定値、即ち、投影データが「図」と呼ばれる。物体の「走査」は、ｘ線源及び検出器が１回転する間の異なるガントリの回転角度または図の角度で求められた１組の図で構成される。ある走査では、投影データが、物体を通り抜ける様な２次元スライスに対応する画像を構成するように処理される。この過程が画像再構成と呼ばれ、色々な画像再構成方式がある。１組の投影データから画像を再構成するこの様な１つの方法が、この業界では、フィルタ逆投影方式と呼ばれている。この方法は、走査で得られた減衰測定値を「ＣＴ数」又は「ハウンズフィールド単位」と呼ばれる整数に変換し、この整数を使って、陰極線管表示装置の対応する画素の輝度を制御し、こうして画像を発生する。
【０００３】
典型的には、各々のスライスが患者の縦軸線に対して垂直になるように、即ち、スライスが互いに略平行であって、Ｚ方向に相隔たるように、画像スライスが収集される。しかし、患者の内部のある構造を視覚的に捉え易くするためには、垂直でない向きのスライスを収集する事が好ましい場合が多い。例えば、患者の縦軸線に対して９０度以内の角度で求めたスライス、即ち非横断平面スライスが、ある内部器官を調べるときに好ましい。
【０００４】
この様な角度配向にする為、装置のガントリを、ｘ線源の回転軸線又はガントリ軸線が患者の軸線に対して傾斜するように傾ける。ガントリを異なる傾き角に位置ぎめすることが出来る様に、ガントリを旋回点の周りに傾動させる。符号器又は他の何らかの変換器をガントリに結合して、この傾き角を検出する。この符号器または変換器が示す、旋回点の周りのガントリの角度配向（θ）を、装置の動作を制御するようにプログラムされた制御プロセッサに供給する。
【０００５】
しかし、「多重スライス」装置の名前で知られているように、Ｚ方向に検出器の多数の列を持つＣＴ装置では、傾動ガントリを利用して画像を求める事は問題がある。多重スライス装置によって収集された投影データは、Ｚ方向に検出器の多数の列がある為に、異なる回転中心を持つデータで構成されている。しかし、典型的な画像再構成方法は、データが同じ回転中心を持つと仮定している。現在の装置を用いて投影データから画像を再構成したとき、回転の中心が異なる事により、画像の中心が上下に動く。
【０００６】
更に、ストップ・アンド・シュート走査とも呼ばれている軸方向ＣＴ走査では、現在のテーブル割出し方法では、多重スライス装置に一層の誤りが導入される。現在の装置は、テーブルをスライス毎にＺ方向に於けるｘ線ビームの厚さだけ前進させる。しかし、傾動ガントリを用いて検出器の多数の列があるとき、このテーブル割出し方式では、スライスの間隔が不均一になる。
【０００７】
更に、現在の画像再構成方式では、傾動ガントリを用いた螺旋ＣＴ走査に問題が生ずる。螺旋ＣＴ走査では、所定数のスライスのデータを収集する間、テーブルが患者をＺ方向に特定の速度で絶えず動かす。この様な走査では、１扇形ビームの螺旋走査からは１個の螺旋が発生し、多重スライス装置の場合は、多数の螺旋が発生する。扇形ビームの写像する螺旋が投影データを作り、それから各々の所定のスライス内の画像を再構成する事が出来る。多重スライス装置では、多数の扇形ビームからの投影データの部分が、１個のスライスを再構成する為に利用されることがある。画像を再構成するために使われるデータの各部分に対する回転の中心が異なることにより、多重スライス装置では、人為効果（アーティファクト）並びにその他画像の誤りが生ずる。更に、現在のある多重スライス装置は、前に述べたフィルタ逆投影動作の前に投影データを組合わせて、再構成速度を高めている。しかし、回転中心が異なる投影データを組合わせると、再構成画像に人為効果及びその他の画像の誤りが生ずる。
【０００８】
従って、傾動ガントリを持つ多重スライス装置と共に現在の再構成方式を利用すると、画像に人為効果並びにその他の受容れられない欠陥が生ずる。しかし、多重スライス装置で傾動ガントリ走査に対してだけ、新しい再構成方式を使うことは時間がかかり、費用がかかり、現在の基準となる方式に対して例外を作り出すことになる。従って、現在の再構成方式をそのまま使って、それを多重スライス装置と一体化して同等の品質を持つ画像を発生する事が望ましい。
【０００９】
【発明の要約】
この発明は、患者の縦軸線に対して異なる回転中心を持つ投影データで構成された傾動ガントリ画像を正確に再構成する装置と方法を提供する。この発明では、計算機式断層写真装置が、作像物体を取り巻く様になっている開口を持っていて、ｘ線源及びそれと向い合った検出器配列が夫々開口の両側に回転自在に装着されているガントリを有する。ｘ線源と検出器配列の間の平面がガントリ平面を形成し、これは物体の縦軸線に沿って位置ぎめ可能である。フレームが、縦軸線に対し、ある傾き角でガントリ平面の傾動変位が出来る様にしている。ｘ線源は、傾き角に対して垂直な回転軸線の周りに回転可能であって、回転角度の値及び関連する傾き角の値の組合わせに対応する複数個の図の各々で、焦点スポットからｘ線を放出する事が出来る。検出器配列が、複数個の検出素子の各々とｘ線源の間に複数個の扇形ビーム平面を形成する複数個の検出素子を持っている。複数個の扇形ビーム平面の各々が、回転軸線に沿った回転中心の値を持っている。複数個の検出素子の各々が、複数個の図の各々で放出されたｘ線を受取って、複数個の図の各々で受取ったｘ線の強度を表わす生投影データを発生することが出来る。
【００１０】
更に装置が、検出器配列と連絡するコンピュータ・システムを持っている。コンピュータ・システムは、生投影データと、この生投影データに対応する回転角度の値、傾き角の値、及び回転中心の値とを表わすデータを含むデータを記憶するメモリを持っている。更に、コンピュータ・システムが、生投影データから画像データを構成する為のアルゴリズムを表わすプログラム信号を含んでいる。このアルゴリズムが、画像データに関連する回転中心の値を、傾き角の関数であるオフセット量だけシフトして、画像データが物体の縦軸線を中心とする様にする。
【００１１】
オフセット量はＹ＿ｓｈｉｆｔ＝ｄ_FBｘｔａｎ（θ）と定義することが出来る。ここでｄ_FBは、画像データに関連する生投影データに関連する扇形ビーム平面とガントリ平面の間の、回転軸線に沿った距離であり、θは画像データに関連する生投影データに対応する傾き角の値である。
更にコンピュータ・システムが、生投影データの誤り補正をするアルゴリズムを表すプログラム信号を含んでいて、対応する補正済み投影データを作ることが出来る。このアルゴリズムは補正済み投影データを更に再構成して画像データにする。
【００１２】
このアルゴリズムは、複数個の扇形ビーム平面の各々に関連する画像データに関連する回転中心の値をオフセット量だけシフトさせて、複数個の画像データの各々の相対位置を整合させることが出来る。この代りに、アルゴリズムが投影データの回転中心の値をオフセット量だけシフトしてもよい。
更にコンピュータ・システムは、画像データのスライスの厚さの倍数である割出し歩進で、作像物体を前記開口の中で前進させるアルゴリズムを表す信号をも含んでいてよい。Ｄ＿ｔで表すこの割出し歩進は、ｔを画像データのスライスの厚さ、θを傾き角の値として、Ｄ＿ｔ＝ｔ／ｃｏｓθによって定義される。
【００１３】
更に検出器配列は、何れもｘ線源に対して開口に沿って角度変位した複数個のチャンネルを持っていてよい。更にコンピュータ・システムは、生投影データの誤り補正をするアルゴリズムを表すプログラム信号を含んでいて、対応する補正済み投影データを作ることが出来る。このアルゴリズムが、補正済み投影データを加重関数で更に加重して、加重投影データを作り、このアルゴリズムが、複数個の図及び複数個の扇形ビーム平面に対応する複数個の加重投影データを更に組合わせて、加重和データを形成することが出来る。このアルゴリズムは加重和データを更に再構成して画像データにする。アルゴリズムは、補正済み投影データの各々の回転中心の値をオフセット量だけシフトしてもよい。オフセット量は、ｄ_FBを画像データに関連する生投影データに対応する扇形ビーム平面とガントリ平面との間の、回転軸線に沿った距離、θを画像データに関連する生投影データに対応する傾き角の値として、Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＝ｄ_FB＊ｔａｎ（θ）と定義することが出来る。
【００１４】
更に装置は、開口に沿ったｘ線源の回転毎に、作像物体を開口の中でテーブル送り速度ｓで動かすことが出来るテーブルをも含んでいてよい。オフセット量が、各々の図及び各々のチャンネルに対し、補正済み投影データをチャンネル方向に沿ってシフトする。このオフセット量は次の式で与えられ、
ｄｅｔ＿ｓｈｉｆｔ＝
ａｔａｎ｛（ｓｉｎ（β）＊Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ）／Ｌ_fb
−（ｃｏｓ（β）＊Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ）｝／ｄｅｔ＿ｄｇａｍｍａ
ここでβは回転角度の値、Ｌ_fbはｘ線源の焦点スポットから回転軸線までの距離、ｄｅｔ＿ｄｇａｍｍａは検出器チャンネルの角度増分であり、
Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ＝Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＋Ｆ＿ｓｈｉｆｔ
ここで
Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＝ｄ_FBｘｔａｎ（θ）
であって、ｄ_FBは、画像データに関連する生投影データに対応する扇形ビーム平面とガントリ平面の間の、回転軸線に沿った距離、θは画像データに関連する生投影データに対応する傾き角の値であり、
Ｆ＿ｓｈｉｆｔ＝［−ｎ，−ｎ＋１，…ｎ−１，ｎ］
＊｛（Δβ）／（２Π）｝＊（ｓ）＊ｔａｎ（θ）
である。
【００１５】
更にコンピュータ・システムが、ｐを螺旋ピッチ、θを画像データに関連する生投影データに対応する傾き角の値、ｔを患者の縦軸線に於ける画像データのスライスの厚さとして、ｓ＝（ｐ＊ｃｏｓθ）／ｔで定義されたテーブル速度ｓで、作像物体を開口の中で前進させるアルゴリズムを表す信号を含んでいてよい。同様に、この発明は、多重扇形ビーム検出装置から計算機式断層写真画像を求めるときにガントリの傾き角を補償する方法を開示する。この方法は、ｘ線源が作像物体を取り巻く開口の周り並びにガントリ平面に対して垂直な回転軸線の周りに回転するとき、ｘ線源から放出されて、検出器配列が受取ったｘ線の作像物体による減衰を表す複数個の投影データで構成された画像データを収集することを含む。更にこの方法は、投影データに対応する回転中心の値を表すデータを収集して、画像データの位置を、回転中心の値及び傾き角の値の関数であるオフセット量だけ調節することを含む。
【００１６】
更に、この方法は、画像データに関連する投影データに対応する扇形ビーム平面とガントリ平面の間の、回転軸線に沿った距離の値ｄ_FBを収集し、θを画像データに関連する投影データに対応する傾き角の値として、オフセット量Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＝ｄ_FB＊ｔａｎ（θ）を決定することを含んでいてよい。
更にこの方法は、各々の投影データに対して用いられた誤り補正の値に基づいて、補正済み投影データを収集し、補正済み投影データを再構成して画像データとすることを含んでいてよい。調節する工程が、各々の検出器扇形ビームに関連する画像データの回転中心の値をオフセット量だけシフトさせて、各々の画像データの相対位置を整合させる。この代りに、調節する工程が、複数個の投影データの各々の回転中心の値をオフセット量だけシフトする。
【００１７】
この方法は、画像データのスライスの厚さの倍数である割出し歩進で、作像物体を開口の中で前進させることを含んでいてよい。ｔを画像データのスライスの厚さ、θを傾き角の値として、Ｄ＿ｔで表す割出し歩進の値が、Ｄ＿ｔ＝ｔ／ｃｏｓθによって定義される。
更にこの方法は、複数個の投影データの各々に対して用いられた誤り補正の値に基づいて、補正済み投影データを収集することを含んでいてよい。各々の補正済み投影データは、ｘ線源の回転角度を表す対応する図の値、及びｘ線源に対する検出器配列のチャンネルの角度変位を表す対応するチャンネルの値を持っている。この方法は、補正済み投影データに加重関数を加重して、加重済み投影データを作ることを含む。この方法は、複数個の関連した図の角度の値を持ち、複数個の検出器扇形ビーム平面に関連した複数個の加重投影データを組合わせて、加重和データを形成する。更にこの方法は、加重和データを再構成して画像データにする。
【００１８】
この方法は、螺旋ピッチｐを決定し、作像物体の縦軸線に於ける画像データのスライスの厚さｔを決定し、θを画像データに関連する生投影データに対応するガントリの傾き角の値として、ｓ＝（ｐ＊ｃｏｓθ）／ｔによって定義される速度ｓで、作像物体を開口の中で前進させることを含んでいてよい。
更にこの方法は、画像データに関連する投影データに対応する検出器扇形ビーム平面とガントリ平面の間の、回転軸線に沿った距離の値ｄ_FBを収集することを含んでいてよい。次に、この方法は、画像データに関連する投影データに対応する傾き角の値θを収集し、オフセット量Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＝ｄ_FB＊ｔａｎ（θ）を決定することを含む。
【００１９】
更に、この方法は、開口に沿ったｘ線源の回転毎に、作像物体を開口の中で速度ｓで前進させることを含む。この場合、検出器配列は複数個のチャンネルで構成される。この方法は、各々の図及び各々のチャンネルに対し、補正済み投影データをチャンネル方向に沿ってシフトさせるオフセット量を決定することを含み、このオフセット量の値は次の式で与えられ、
ｄｅｔ＿ｓｈｉｆｔ＝
ａｔａｎ｛（ｓｉｎ（β）＊Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ）／Ｌ_fb
−（ｃｏｓ（β）＊Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ）｝／ｄｅｔ＿ｄｇａｍｍａ
ここでβは回転角度の値、Ｌ_fbはｘ線源の焦点スポットから回転軸線までの距離、ｄｅｔ＿ｄｇａｍｍａは検出器チャンネルの角度増分であり、
Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ＝Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＋Ｆ＿ｓｈｉｆｔ
であって、ここで
Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＝ｄ_FBｘｔａｎ（θ）
であって、ｄ_FBは画像データに関連する生投影データに対応する扇形ビーム平面とガントリ平面の間の回転軸線に沿った距離、θは画像データに関連する生投影データに対応する傾き角の値であり、
Ｆ＿ｓｈｉｆｔ＝［−ｎ，−ｎ＋１，…ｎ−１，ｎ］
＊｛（Δβ）／（２Π）｝＊（ｓ）＊ｔａｎ（θ）
である。
【００２０】
【発明の詳しい説明】
図１及び２には、計算機式断層写真（ＣＴ）作像装置１０が、「第３世代」ＣＴスキャナを表すガントリ１２を含むことが示されている。ガントリ１２がｘ線源１４を持ち、これがｘ線ビーム１４をガントリ１２の反対側にある検出器配列１８に向かって投射する。検出器配列１８は、検出素子２０によって形成されたチャンネルに分割されており、これらの検出素子が一緒になって、医療の患者２２又はその他の作像物体を通過する投射されたｘ線を感知する。各々の検出素子２０が、入射するｘ線ビームの強度、従って、患者２２を通過したときのビームの減衰を表す電気信号を発生する。ｘ線投影データを収集する走査の間、ガントリ１２及びその上に装着された部品が回転軸線２４の周りを回転する。
【００２１】
ガントリ１２の回転及びｘ線源１４の動作が、ＣＴ装置１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６が、ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するｘ線制御器２８、及びガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御器３０を含む。制御機構２６にあるデータ収集装置（ＤＡＳ）３２が、検出素子２０からのアナログ投影データを標本化し、このアナログ・データをこの後の処理の為にディジタル投影データに変換する。画像再構成装置３４が、ＤＡＳ ３２からの、ディジタル化されたｘ線投影データをそのメモリ３５に受入れ、メモリに記憶されたプログラム信号によって定められた高速画像再構成アルゴリズムを実施するプロセッサ３７を有する。再構成された画像がコンピュータ３６に対する入力として印加され、このコンピュータが大量記憶装置３８に画像を記憶する。
【００２２】
走査の間、ガントリ１２がＺ軸に対して傾けられる場合が多い。駆動機構（図に示していない）がガントリの回転軸線２４がＺ軸と平行にならない様に、ガントリ１２を旋回点（図に示していない）の周りに傾ける。符号器（図に示していない）がガントリ１２に結合されていて、傾き角θ、即ち旋回点の周りのガントリの傾きの量を検出し、旋回点の周りのガントリの角度配向θを表すパルスを発生ずる。符号器の出力が、例えばコンピュータ３６又はガントリ・モータ制御器３０に結合される。
【００２３】
コンピュータ３６は、オペレータから、キーボードを持つコンソール４０を介して、指令及び走査パラメータをも受取る。関連した陰極線管表示装置４２が、オペレータが再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観察することが出来る様にする。オペレータから供給された指令及びパラメータが、ＤＡＳ ３２、ｘ線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に対する制御信号及び情報を供給するために、コンピュータ３６によって利用される。更に、コンピュータ３６は、ガントリ１２内で患者２２を位置ぎめする為にモータ式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を作動する。ストップ・アンド・シュート走査とも呼ばれる軸方向走査では、テーブル４６が患者２２をある場所に割出し、その場所でガントリ１２が患者の周りを回転することが出来る様にする。これと対照的に、螺旋走査では、テーブル４６がガントリ１２の回転毎に、Ｚ軸に沿ったある変位に等しいテーブル速度ｓで、患者２２を開口４８の中で移動させる。
【００２４】
図３に示す様に、４列の検出器２０及びｘ線源１４の焦点スポット５２の間に４つの扇形ビーム平面５０が定められる。ｘ線源１４及び検出器配列１８を担持するガントリ平面５４は、垂直位置から傾き角θだけ角度方向に変位しており、回転軸線２４が同じく患者の縦軸線５６から角度方向に変位する様にする。４つの扇形ビーム５０の各々が、ガントリ平面５４からそれ自身の等長図法の回転中心５８までの、回転軸線２４に沿った距離ｄ_fbだけ変位している。従って、ガントリ１２が傾くとき、各々の扇形ビーム５０に対する等長図法の回転中心５８は、ある等長図法のオフセット量ｏｆｆ_fbだけ患者の縦軸線５６から変位している。
【００２５】
各々の扇形ビーム５０の回転中心５８に対するオフセット量ｏｆｆ_fbは、典型的な再構成方式を使った画像再構成で問題を生ずる。軸方向走査及び螺旋走査の両方に対する典型的な装置は、回転軸線２４、従って各々の扇形ビーム５０に対する回転中心５８が、患者の縦軸線５６と一致するか又は平行であると仮定している。螺旋走査データから画像を再構成する為に使うことが出来る画像再構成アルゴリズムの例が、何れもこの発明の被譲渡人に譲渡された米国特許第５，５５９，８４７号、同第５，５４１，９７０号及び同第５，６０６，５８５号に記載されており、ここで引用する。こういう装置に傾動ガントリ１２を利用すると、画像の中心が患者の縦軸線５６に対してシフトする。このシフトが再構成された画像に人為効果及びその他の誤りを生ずることがある。
【００２６】
図４について説明すると、この発明は、異なる回転中心５８を持つ生投影データ配列６２Ａ−Ｄから傾きを補償した画像データ６０Ａ−Ｄを作る画像再構成装置３４を提供する。画像再構成装置は、これから説明する様な種々のアルゴリズムを表す種々のデータ及び信号を記憶するメモリ３５（図２）を有する。特に、各々の扇形ビームに対してＤＡＳ ３２から得られる生ディジタル・データ配列６２Ａ−Ｄの各々の図を夫々のプリプロセッサ６４Ａ−Ｄで受取り、そこで夫々のビームを、ビーム硬化、検出器及びチャンネル利得のオフセット及び変動の様な周知の種々の誤りに対して補正する為に前処理する。更に、負の対数を求めて、補正済み投影データ配列６６Ａ−Ｄを作る。
【００２７】
ステップ・アンド・シュート走査とも呼ばれる軸方向走査では、各々の補正済み投影データ配列６６Ａ−Ｄが、軸方向傾き補償関数を利用する再構成動作又はアルゴリズム６８Ａ−Ｄ又はアルゴリズム７０Ａ−Ｄに入力し、各々の扇形ビームに対する画像データ配列７２Ａ−Ｄを発生する。
螺旋走査では、各々のビームに対する補正済み投影データ配列６６Ａ−Ｄを、螺旋傾き補償関数又はアルゴリズム７６Ａ−Ｄを利用する対応する加重動作又はアルゴリズム７４Ａ−Ｄに入力して、加重し且つ傾き補償をした投影データを作る。加重投影データが、加重投影データ配列７８Ａ−Ｄ内の対応する位置に書き込まれる。各々の加重投影データ配列７８Ａ−Ｄを８０のところで加算して、加算データ配列８２を作る。具体的に言うと、同じ図に対し、ビーム１配列にある各々の画素の大きさを、ビーム２、ビーム３及びビーム４配列にある対応する画素の大きさと加算する。次に、加算データ配列８２を再構成動作又はアルゴリズム６８Ｅで利用して、画像データ配列７２Ｅを作る。この結果得られた画像データ配列７２Ａ−Ｅを、後で使う為に記憶するか、又はオペレータに対して表示することが出来る。
【００２８】
前に述べた様に、異なる回転中心を持つ投影データを使うことに対する補正の為に、傾き補償が必要である。これは再構成に於ける次に述べる２つの問題に通ずる。第１に、多重スライスＣＴに固有であるが、各々の扇形ビーム平面５０に対応する異なる検出器の列のイソセンタ５８が、Ｙ＿ｓｈｉｆｔだけ、患者に対してシフトする。ここで、
Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＝ｄ_fb＊ｔａｎ（θ） （１）
例えば、４×５ ｍｍ走査では、ガントリを３０゜傾け、最も遠く離れた２つの扇形ビームがガントリ平面５４から±７．５ ｍｍである場合、最も大きいシフトは、Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＝±７．５＊ｔａｎ（３０゜）＝±４．３３ ｍｍである。この代りに、傾き角３０゜の２×１０ ｍｍ走査で、最も遠く離れた２つの扇形ビームがガントリ平面５４から±５．０ ｍｍである場合、最も大きいシフトはＹ＿ｓｈｉｆｔ＝±５＊ｔａｎ（３０゜）＝±２．８９ ｍｍである。従って、（上及び下の検出器の列からの）最も大きい相対的なシフトは、４×５では８．６６ ｍｍ、２×１０では５．７８ ｍｍである。Ｙ＿ｓｈｉｆｔが、ガントリの傾き角及びｄ_fbの関数であることに注意されたい。記号ｄ_fbは、回転軸線２４の方向に於けるｘ線ビーム１６のコリメートされた厚さ及び検出器列の関数である。従って、一旦こういうパラメータが選ばれれば、Ｙ＿ｓｈｉｆｔを決定することが出来る。
【００２９】
２番目の更に複雑な問題が、螺旋ＣＴで利用されるガントリの傾きの場合に起こる。螺旋ＣＴでは、米国特許第５，６０６，５８５号に記載されている様なＺフィルタ式再構成方法によって、もう１つの中心シフトであるＦ＿ｓｈｉｆｔが導入される。即ち
Ｆ＿ｓｈｉｆｔ＝［−ｎ，−ｎ＋１，…ｎ−１，ｎ］
＊｛（Δβ）／（２Π）｝＊（ｓ）＊ｔａｎ（θ） （２）
この式で、ｎ及びΔβは米国特許５，６０６，５８５号に記載されたＺフィルタ式再構成方法によって導入されたＺ−核のパラメータである。Ｆ＿ｓｈｉｆｔが、ガントリの傾き角、回転毎のテーブルの速度ｓ、フィルタの角度変位及び核項の関数であることに注意されたい。従って、一旦こういうパラメータが選ばれれば、Ｆ＿ｓｈｉｆｔを決定することが出来る。
【００３０】
傾き角θを持つガントリを用いた軸方向走査は、１種類の中心シフト、即ち、Ｙ＿ｓｈｉｆｔしか含まない。このシフトは、もし補償しないと、画像データ配列７２Ａ−Ｅの等長図法の中心５８が、患者の縦軸線５６に対して、Ｙ＿ｓｈｉｆｔだけ上下にシフトする原因になる。このスライスの不整合により、３Ｄ、ＭＰＲ及びページング・モードの様なアプリケーションでは、問題が生ずる。
【００３１】
軸方向ＣＴに対する解決策は、固有の中心シフトを補償する為に、見込み形及び遡及形の両方の再構成の画像の中心を、Ｙ＿ｓｈｉｆｔに等しい量だけ、但し反対向きにシフトすることである。図４について説明すると、この発明は、再構成動作６８Ａ−Ｄで傾きを補償した画像データ配列７２Ａ−Ｄを作る為に利用される軸方向傾き補償関数７０Ａ−Ｄ（Ｙ＿ｓｈｉｆｔに等しい）を有利に提供する。軸方向ＣＴに対する傾きの補償は正確であって、ＩＱ及び再構成速度に何の悪影響も生じない。
【００３２】
現在の扇形ビームに基づく多重スライス螺旋ＣＴ再構成では、各々の扇形ビーム平面５０に対応する異なる検出器列からの補正済み投影データ６６Ａ−Ｄが、再構成動作６８Ｅの前に組合わされる。この投影データの組合せが、大まかに４：１のデータ圧縮をし、従って、現在の速度仕様の範囲内で、現在の扇形ビーム再構成装置を用いて多重スライス・データの処理が出来る様にする重要な考えである。この組合せを用いることが出来ないことが、傾動ガントリ再構成の再構成時間がずっと長くなる、即ち４倍も長くなり、異なるデータ・プロセス・アーキテクチュアを使わなくてはならないことを意味する。
【００３３】
この発明は螺旋ＣＴ走査の為の近似的な傾き補償の解決策を有利に提供する。図４についてこれまで一般的に説明したように、中心シフトを補償する為に、この発明は、下に示す様に、各々の図及び各々の検出器列及び各々のＺ核項に対し、補正投影データ６６Ａ−Ｄをチャンネル方向（Ｘ方向）に沿ってｄｅｔ＿ｓｈｉｆｔだけシフトする。
【００３４】
ｄｅｔ＿ｓｈｉｆｔ＝
ａｔａｎ｛（ｓｉｎ（β）＊Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ）／Ｌ_fb
−（ｃｏｓ（β）＊Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ）｝／ｄｅｔ＿ｄｇａｍｍａ （３）
ここで
Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ＝Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＋Ｆ＿ｓｈｉｆｔ （４）
であり、Ｌ_fbはｘ線焦点スポット５２から回転軸線２４（図４）までの距離、ｄｅｔ＿ｄｇａｍｍａは、γをチャンネルの角度の値として、検出器チャンネルの角度増分Δγである。
【００３５】
一般的に、このシフトは補間による投影データの再標本化を必要とする。更に、上に述べた補間による平滑作用の埋合わせとして、縁強化フィルタとして作用する鮮鋭化の核がチャンネル方向に用いられる。この鮮鋭化の核は再構成の核と組合わせることが出来る。この傾き補償方法は、フィルタ逆投影の前に投影データを組合わせることが出来るようにする。従って、データ処理のアーキテクチュアは、傾動ガントリを利用する螺旋ＣＴ走査の場合と同じままである。
【００３６】
更に、傾動ガントリを用いることにより、扇形ビーム平面が、傾きのないガントリを用いる場合の様に、同じ場所で患者の縦軸線５６と交差しない為に、画像の再構成に不正確さを招く。この違いにより、傾きのないガントリのビーム位置に依存する画像の再構成に問題を生ずる。
傾動ガントリを使う軸方向ＣＴ走査では、ｘ線ビーム１６の厚さｔとスライスの位置増分との間に食い違いがある。典型的な装置がテーブル４６をｔのｎ倍、例えば、４又は２スライス装置ではｎ＝４又は２であることを考えると、この食い違いが問題を生ずる。多重スライス装置でテーブル４６の典型的な割出しを使うと、スライスの間隔が不均一になる。ガントリの傾きがあると、軸方向ＣＴに於ける実際のスライスの位置増分は、Ｄ＿ｔで表し、患者の縦軸線５６に沿って表すと次の様に表すことが出来る。
【００３７】
Ｄ＿ｔ＝（ｔ）／ｃｏｓ（θ） （５）
ここでｔはビームの厚さであり、θは前に述べた様にガントリの傾き角の値である。従って、ガントリ１２が傾く時、Ｄ＿ｔ≠ｔである。例えば、θ＝３０゜の４×５モードでは、Ｄ＿ｔ＝５／ｃｏｓ（３０゜）＝５．７７ ｍｍである。同様に、θ＝３０゜の２×１０モードでは、Ｄ＿ｔ＝１０／ｃｏｓ（３０゜）＝１１．５４ ｍｍである。このようにテーブルの４６をｔのｎ倍だけ前進させると、スライス間隔が不均一になる。従って、この代りにテーブルはＤ＿ｔのｎ倍だけ前進させなければならない。例えば、θ＝３０゜の４×５ ｍｍモードでは、テーブル４６は２０ ｍｍではなく、２３．０８ ｍｍだけ増分される。
【００３８】
同様に螺旋走査では、傾いていないガントリ及び傾いたガントリのビームの厚さの間のｔの食い違いにより、再構成に問題が生ずる。典型的な傾いていない場合、再構成アルゴリズムは、テーブル速度をビームの厚さで割った値に等しい螺旋ピッチに頼っている。しかし、傾き角θの為、螺旋ピッチは次の様に定義すべきである。
【００３９】
ｐ＝（ｓ／ｔ）＊ｃｏｓ（θ） （６）
ここでｓ、ｔ及びθは前に定義したように、テーブル速度、ビームの厚さ及び傾き角である。例えば、ガントリの傾きが２５゜で４×１．２５ ｍｍモードでは、３：１のピッチの螺旋走査では、テーブル速度は、３．７５ ｍｍ／回転ではなく、４．１５ ｍｍ／回転にすることを必要とする。従って、この発明の装置は、傾きを用いる場合及び用いない場合の走査の間で、患者の縦軸線５６のところでのｘ線ビーム１６の厚さｔの食い違いを考慮するテーブル速度及び割出しのオフセットを用いる。
【００４０】
この為、この発明の装置及び方法は、画像のぼやけを著しく減少する傾き補償を提供する。その結果、この発明の装置及び方法は、高い画像の品質を提供しながら、且つ再構成時間に著しい悪影響を与えずに、傾動ガントリを使うことが出来る様にする。その為、この発明は、患者の縦軸線に対して異なる回転中心を持つ投影データで構成された傾動ガントリ画像の正確な再構成が出来る様にする。
【００４１】
この発明を好ましい実施例の場合について説明したが、他の実施例でも同じ効果を達成することが出来る。この発明の変更は、当業者に明らかであろうし、特許請求の範囲はこの様なすべての変更を包括することを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴ作像装置の見取り図。
【図２】図１に示した装置の簡略ブロック図。
【図３】ＣＴ作像装置のガントリが傾くときの患者の縦軸線及び検出器配列の回転軸線の間の関係を示す作図。
【図４】この発明のＣＴ作像装置の一部分を構成する画像再構成装置のブロック図。
【符号の説明】
１２ ガントリ
１４ ｘ線源
１８ 検出器配列
２２ 作像物体
４８ 開口
５０ 扇形ビーム平面
５４ ガントリ平面
５６ 作像物体の縦軸線

Claims (10)

1. 作像物体を取巻く様にした開口を持つと共に、回転自在に装着されたｘ線源及び向い合う検出器配列を持ち、該ｘ線源及び検出器配列の間の平面が、前記物体の縦軸線に沿って位置ぎめ可能なガントリ平面を形成し、フレームが、前記ガントリ平面を前記縦軸線に対して傾き角で傾動変位させるようになっているガントリを有し、前記ｘ線源は、前記傾き角に対して垂直な回転軸線の周りに回転可能であると共に、回転角の値及び関連する傾き角の値の組合せに対応する複数個の図の各々で焦点スポットからｘ線を放出する事が出来、前記検出器配列は当該複数個の検出素子の各々と前記ｘ線源の間に複数個の扇形ビーム平面を形成する複数個の検出素子を持っており、前記複数個の扇形ビーム平面の各々が前記回転軸線に沿った回転中心の値を持ち、前記複数個の検出素子の各々が、前記複数個の図の各々で放出されたｘ線を受け取って、該複数個の図の各々で受け取ったｘ線強度を表わす生投影データを作るようになっており、更に、前記検出器配列と連絡するコンピュータ・システムを有し、該コンピュータ・システムは、前記生投影データを表わすデータ、及び前記生投影データに対応する前記回転角度の値、前記傾き角の値及び回転中心の値を含むデータを記憶するメモリを持ち、更に前記コンピュータ・システムは、前記生投影データから画像データを構成するアルゴリズムを表わすプログラム信号を含んでおり、該アルゴリズムは前記画像データに関連する回転中心の値を、前記画像データが前記物体の前記縦軸線を中心とするように、前記傾き角の関数であるオフセット量だけシフトさせ、
   ｄ _FB を前記画像データに関連する前記生投影データに対応する前記扇形ビーム平面と前記ガントリ平面の間の、前記回転軸線に沿った距離、θを前記画像データに関連する前記生投影データに対応する傾き角の値として、前記オフセット量が
   Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＝ｄ _FB ｘｔａｎ（θ）
   である、計算機式断層写真装置。
2. 前記コンピュータ・システムが、更に、前記生投影データの誤り補正をするためのアルゴリズムを表すプログラム信号を含んでいて、対応する補正済み投影データを作り、前記アルゴリズムが前記補正済み投影データを更に再構成して前記画像データにする請求項１記載の計算機式断層写真装置。
3. 前記アルゴリズムが、前記複数個の扇形ビーム平面の各々に関連する前記画像データに関連する回転中心の値を前記オフセット量だけシフトして、前記複数個の画像データの各々の相対位置を整合させる請求項２記載の計算機式断層写真装置。
4. 前記アルゴリズムが、前記投影データの回転中心の値を前記オフセット量だけシフトする請求項２記載の計算機式断層写真装置。
5. 更に前記コンピュータ・システムが、前記画像データのスライスの厚さの倍数である割出し歩進だけ、前記作像物体を前記開口の中で前進させるアルゴリズムを表す信号を含み、ｔを前記画像データのスライスの厚さ、θを前記傾き角の値として、Ｄ＿ｔで表すで表す割出し歩進が次の式Ｄ＿ｔ＝ｔ／ｃｏｓθによって定義されている請求項１記載の計算機式断層写真装置。
6. 更に前記検出器配列が、前記ｘ線源に対して前記開口の周りで夫々角度変位した複数個のチャンネルを有し、更に前記コンピュータ・システムが、前記生投影データの誤り補正の為のアルゴリズムを表すプログラム信号を含んでいて、対応する補正済み投影データを作り、更に前記アルゴリズムは前記補正済み投影データに加重関数を加重して加重済み投影データを作り、更に前記アルゴリズムは、複数個の図並びに複数個の扇形ビーム平面に対応する複数個の前記加重済み投影データを組合わせて加重和データを形成し、前記アルゴリズムが前記加重和データを更に再構成して前記画像データとする請求項１記載の計算機式断層写真装置。
7. 前記アルゴリズムが各々の前記補正済み投影データの回転中心の値を前記オフセット量だけシフトする請求項６記載の計算機式断層写真装置。
8. 更に前記開口に沿った前記ｘ線源の回転毎に、前記作像物体を前記開口の中でテーブル送り速度ｓで移動させることができるテーブルを有し、前記オフセット量が、各々の図及び各々のチャンネルに対し、前記補正済み投影データをチャンネル方向に沿ってシフトさせ、該シフト量は
   ｄｅｔ＿ｓｈｉｆｔ＝
   ａｔａｎ｛（ｓｉｎ（β）＊Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ）／Ｌ_fb−（ｃｏｓ（β）＊Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ）｝／ｄｅｔ＿ｄｇａｍｍａであり、ここでβ は前記回転角度の値、Ｌ_fbは前記ｘ線源の焦点スポットから回転軸線までの距離、ｄｅｔ＿ｄｇａｍｍａは前記検出チャンネルの角度増分、
   Ｙ０＿ｓｈｉｆｔ＝Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＋Ｆ＿ｓｈｉｆｔ
   であって、ここで
   Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＝ｄ_FBｘｔａｎ（θ）
   であって、ｄ_FBは前記画像データに関連する前記生投影データに対応する扇形ビーム平面とガントリ平面の間の回転軸線に沿った距離、θは前記画像データに関連する前記生投影データに対応する傾き角の値であり、
   Ｆ＿ｓｈｉｆｔ＝［−ｎ，−ｎ＋１，…ｎ−１，ｎ］
   ＊｛（Δβ）／（２Π）｝＊（ｓ）＊ｔａｎ（θ）
   である請求項７記載の計算機式断層写真装置。
9. 更に前記コンピュータ・システムが、ｐを螺旋ピッチ、θを前記画像データに関連する前記生投影データに対応する傾き角の値、ｔを患者の前記縦軸線に於ける前記画像データのスライスの厚さとして、次の式
   ｓ＝（ｐ＊ｃｏｓθ）／ｔ
   によって定義されるテーブル速度ｓで、前記作像物体を前記開口の中で前進させるアルゴリズムを表す信号を含んでいる請求項８記載の計算機式断層写真装置。
10. 多重扇形ビーム検出装置から計算機式断層写真画像を求める時に、ガントリの傾き角を補償する方法に於て、
    ｘ線源が作像物体を取巻く開口に沿って、ガントリの平面に対して垂直な回転軸線の周りに回転するときに、該ｘ線源から放出されて検出器配列が受け取ったｘ線の作像物体による減衰を表す複数個の投影データで構成された画像データを収集する工程と、
    前記投影データに対応する回転中心の値を表すデータを収集する工程と、
    前記画像データに関連する投影データに対応する扇形ビーム平面とガントリ平面との間の、回転軸線に沿った距離の値ｄ _FB を収集する工程と、
    θを前記画像データに関連する投影データに対応する傾き角の値として、オフセット量
    Ｙ＿ｓｈｉｆｔ＝ｄ _FB ＊ｔａｎ（θ）
    を決定する工程と、
    前記画像データの位置を、前記オフセット量だけ調節する工程を含む方法。

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