JP4567118B2 - Ｃｔ装置を用いて検査対象物の螺旋走査により得られた測定値から像を再構成するための方法およびこの方法を実施するためのｃｔ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＴ装置を用いて検査対象物の螺旋走査により得られた測定値から像平面に関して検査対象物の層厚みを有する層の像を再構成するための方法であって、検査対象物の周りを回転するＸ線源と、少なくとも１つの行の検出器要素を有する検出器とを備え、その際に測定値がそれぞれ多数の投影角αの１つと螺旋走査の長手方向軸線上のｚ位置とに対応付けられており、また螺旋走査の間に、検査対象物の周りのＸ線源の全回転あたり生ずる、検査対象物とＸ線源および検出器との間の螺旋走査の長手方向軸線の方向（ｚ方向）の互いに相対的なｍｍ単位でのずれと、螺旋走査の長手方向軸線の方向の検出器の行のｍｍ単位での幅との比として定義された一定の無次元のピッチｐが守られる方法に関する。本発明はさらにこの方法を実施するためのＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の方法およびＣＴ装置は米国特許第 5,559,847号明細書、ヨーロッパ特許第0 713 678 A1号明細書、米国特許第 5,539,796号明細書に、またＲａｄｉｏｌｏｇｙ、１９９２、第１８５号、第２９〜３５頁のPolaciほかの論文“螺旋ＣＴにおけるセクション感度プロフィルおよび像ノイズの評価”に記載されている。
【０００３】
１行の検出器を有するＣＴ装置による螺旋走査により得られた測定値から像を再構成する際に、各々の投影角に対して望まれる像平面のなかに計算された投影を発生するため、像平面の前に位置している測定値と像平面の後に位置している測定値との間の内挿が実行される。
【０００４】
現在２つの内挿方法が最も一般的である。第１の方法では直線的な内挿が像平面の最も近くに位置している各２つの測定される投影の間、即ちいずれも等しい投影角αにおいて、しかし異なる循環の際に撮影された投影の間で行われる。この内挿形式は３６０ＬＩ内挿と呼ばれる。第２の方法では像平面の最も近くに位置している各２つの投影間、即ちそれらの一方は投影角αｄにおいて撮影された投影、また他方はそれに対して層の投影角αｃにおいて撮影された投影の間で内挿が行われる。検出器の中央の検出器要素に対してはαｃ＝αｄ±πが成り立つ。この内挿形式は１８０ＬＩ内挿と呼ばれる。それは等しいピッチの際に１８０ＬＩ内挿よりも狭い有効な層幅（たとえば層感度プロフィルの半値幅ＦＷＨＭ（最大値の半分における全幅）により特徴付けられる）を与える。その代わりにＸ線源、すなわちＸ線管の出力パワー（ｍＡ値）が等しい際に画素ノイズは３６０ＬＩ内挿に比較して高められている。アーティファクトの生じやすさもより大きい。両方の内挿形式はピッチｐ＝２に対して、投影角αをｚ方向の検出器位置の関数として示す図２中に概要を示されており、その際に投影角αは検出器の行の幅ｂで正規化された螺旋走査の長手方向軸線上の位置（ｚ位置）を横軸にとって示されている。
【０００５】
１行の検出器を有する螺旋走査に対するすべての従来の内挿方法に共通することは、層感度プロフィルの幅（たとえば半値幅ＦＷＨＭにより特徴付けられる）がピッチｐの増大と共に増大することである。それは１８０ＬＩおよび３６０ＬＩ内挿に関し、コリメートされた層厚みｄｃｏｌｌに対して相対的な層感度プロフィルの半値幅ＦＷＨＭをピッチｐの関数として示す図３中に示されている。
【０００６】
従来の内挿技術、たとえば３６０ＬＩまたは１８０ＬＩ内挿が多行の検出器により実行される螺旋走査に転用されるならば、状況は一層分かりにくくなる。図４中には３６０ＬＩ内挿の際および１８０ＬＩ内挿の際に生ずる層感度プロフィルの半値幅ＦＷＨＭが、再びコリメートされた層厚みｄｃｏｌｌに対する相対的な値として、５行の検出器を有するＣＴ装置に対するピッチｐの関数として示されている。即ちこの場合半値幅はピッチにより非単調に変化する。相互の関連は直観的でなく、また理解困難である。すなわちたとえばピッチｐが増大した際に半値幅ＦＷＨＭは減少する場合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に記載されている種類の方法を、ＣＴ装置の簡単化された取扱を可能とするように構成することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する方法により解決される。
【０００９】
すなわち本発明の場合には有効な層厚みとピッチｐとの関係が容易に見渡され得る。なぜならば、両者の間に従来の技術の際に多かれ少なかれ見通しのきかない、それぞれ使用される内挿方法により決定される、また内挿方法の選択による以外は影響を与えることができない関連ではなくて、それぞれ望まれる機能的に定義された関連が存在するからである。こうして本発明によるＣＴ装置は容易に取扱可能である。このことは、本発明の変形例により、機能的な関係が、有効な層厚み（これに対する尺度として、たとえば層感度プロフィルの半値幅ＦＷＨＭが利用できる）がピッチｐと少なくとも本質的に無関係であるように選ばれているならば、特に当てはまる。
【００１０】
本発明の実施例に従い、Ｘ線源の出力パワーがピッチｐに関聯して、画素ノイズがピッチｐに少なくとも本質的に無関係であるように設定されるならば、別の取扱い簡単化が達成される。その場合、層感度プロフィルだけでなく画素ノイズをも、ピッチｐに無関係に設定することが可能である。
【００１１】
本発明において必要な、所望の層厚みの設定は、本発明の変形例によれば、重み付け関数の幅、像平面からの考慮に入れるべき測定データの最大間隔をピッチｐに関係して変更することにより行われる。
【００１２】
ＣＴ装置に関する本発明の課題は請求項５の特徴により解決される。
【００１３】
本発明によるＣＴ装置は有効なｍＡｓ積を設定するための手段を有し、この設定に伴い実際のｍＡｓ積が、１行の検出器のなかで得られた等しい層厚みの像が有効なｍＡｓ積において生ずるであろう画素ノイズに通ずるように設定されるので、取扱者は多行の検出器を有するＣＴ装置を１行の検出器を有するＣＴ装置に似た簡単な仕方で取り扱うことができる。
【００１４】
ピッチｐに無関係な層感度プロフィルを設定するための基礎は通常の内挿の代わりに一般化された重み付け方法である。この重み付け方法はＭ行（Ｍ＞１）を有するＣＴ装置において、最大のピッチｐｍａｘ＝２Ｍまでピッチｐに無関係な層感度プロフィルの設定を許す。それによりピッチｐはもはやｚ方向の分解能を決定するパラメータではなく、医師は望まれる有効な層厚みを設定し、またそれにもかかわらずピッチｐを自由に選択し得る。
【００１５】
【実施例】
以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳細に説明する。
【００１６】
図１には本発明による方法を実施するためのＣＴ装置の概要が示されている。
このＣＴ装置は焦点２を有するＸ線源１、たとえばＸ線管を有し、それから図示されていない絞りにより絞られたピラミッド状のＸ線束３が出発し、このＸ線束は検査対象物４、たとえば患者を貫いて検出器５に当たる。この検出器は多くの並列な検出器行から成っており、それらの各々は一連の検出器要素から形成されている。Ｘ線源１および検出器５は、検査対象物４が種々の投影角αのもとに貫通照射されるように、システム軸線６の周りに回転可能な測定システムを形成する。その際に生ずる検出器５の検出器要素の出力信号から、データ検出システム７が以後で測定された投影と呼ばれる測定値を形成し、これらの測定値は計算機８に供給され、この計算機は検査対象物４の像を計算し、この像がモニター９の上に表示される。
【００１７】
検査対象物４のより大きい体積の走査は、図１中に螺旋１０により示されているように、測定システム１、５が望まれる体積の螺旋走査を行うことによって可能である。その際に、同時に螺旋走査の長手方向軸線であるシステム軸線６の方向に、Ｘ線源１および検出器５から成る測定装置と検査対象物４との間の相対的運動が行われる。
【００１８】
説明している実施例の場合、同時にＣＴ装置をも制御する役割をする計算機８（そのために別の計算機を設けることも可能である）には、ＣＴ装置の取扱を可能にするキーボード１２が接続されている。
【００１９】
特に、キーボード１２を介して螺旋走査のピッチｐを設定することが可能である。ピッチｐは測定システムの１回転の間に生ずるｚ方向の送りＦと、ｚ方向の検出器の行の幅ｂとの比である。計算機８は特に、管電流、従ってまた発生器回路１１から電流を供給されるＸ線源１の出力パワーを設定する役割もする。
【００２０】
相異なる投影角αのもとでの貫通照射は、測定される投影を取得する目的で行われる。そのためにＸ線源１は検査対象物４を、相次いで螺旋１０の上に位置している焦点２の位置から出発するＸ線束３により貫通照射し、その際に焦点２の各々の位置は投影角とシステム軸線６に関するｚ位置とに対応付けられている。
【００２１】
螺旋走査の結果として、システム軸線６に対して直角に延びている像平面に関し、この像平面のなかに位置している焦点Ｆの位置により撮影された、たかだか１つの被測定投影が存在し得る。それにもかかわらず、そのつどの像平面に属する検査対象物４の層の像を計算するためには、像平面の近くで撮影された測定される投影から適当な内挿により像平面のなかに位置している計算される投影が取得されなければならず、その際に、測定される投影の場合のように、各々の計算される投影が投影角αとシステム軸線６に関するｚ位置とに対応付けられている。
【００２２】
本発明による方法の基礎となっている原理の一般性を制限するものではないが、以下には本発明による方法を５行の検出器を有するＣＴ装置の例について説明する。他の行数Ｍ≠５にも応用可能であることは勿論である。
【００２３】
以下には螺旋走査の長手方向軸線上における像平面の位置ｚｉｍａに対する像の計算が詳細に説明される。その際に添字ｉｍａはｉｍａｇｅ＝像を意味する。
【００２４】
各々の投影角αｌに対して、像平面からの特定の、選択可能な最大距離｜ｚｍａｘ｜のなかのすべての測定値ｆ（ｌ，ｋ，ｉ，ｖ）の寄与が考慮に入れられる。ｌ＝１，２……ＮＰ，πは投影番号であり、その際にＮＰ，πはＸ線源１の半回転の間に撮影される投影の数であり、ｋは検出器チャネルであり、ｉ＝１，……Ｍは検出器行の番号であり、またｖは当該の投影が出発するＸ線源１の半回転の番号である。
【００２５】
各々のｌに対してすべての利用可能な測定値がｚｉｍａにおける像平面からのその間隔Δｚｌｋｉｖに従って重み付けされ、また結果として生ずる計算された全投影Ｐ（ｌ，ｋ）が得られる：
【数１】

ｇ（・）はｚ方向の重み付け関数である。すべての重みの和による除算は、各々の投影角に対してこの重みにおいて相異なる数の測定値が寄与するが、それらの全重みは常に１として生じなければならないので、必要とされるのである。
【００２６】
ピッチｐに関係していま重み付け関数ｇ（・）の幅、すなわち最大距離｜ｚｍａｘ｜は、常に等しい有効な層感度プロフィルがたとえば半値幅ＦＷＨＭにより特徴付けられて生ずるように設定され得る。ピッチｐのそのつどの値に対して必要な重み付け関数の全幅はそれぞれ計算機８により計算され、または予め計算され計算機８のなかに記憶されている表から取り出される。
【００２７】
例として図５中には、５行の検出器により実行された２つの螺旋走査、一方はピッチｐ＝３、他方はピッチｐ＝５に対して、式（１）による直線的な重み付け関数ｇ（・）により計算された２つの層感度プロフィルが示されている。両方の層感度プロフィルは図示の精度の枠内で等しい。層感度プロフィルには、定義された減弱値の対象物に起因する測定信号が、無次元の量Ｅとしてｚ方向を横軸にとって示されており、その際にｚ＝０はｚ方向の像平面の位置に相当する。
【００２８】
図６には、５行の検出器により実行された螺旋走査に対してピッチに関係する２つの可能な半値幅、すなわちＦＷＨＭ＝１．２７ｄｃｏｌｌおよびＦＷＨＭ＝２ｄｃｏｌｌ（ｄｃｏｌｌは検出器のジオメトリにより定められ、それ自体は公知の仕方で適当な絞りおよび／またはコリメータにより設定された、検出器行のコリメートされた層厚みである）が、図４に示された線図に追加して記入されている
【００２９】
本発明の場合には、ピッチに無関係な有効な層厚みの結果として、従来通常の内挿の際と異なり、Ｘ線源１の出力パワーが固定の際に画素ノイズがピッチｐに関係している。ピッチｐの減少と共に画素ノイズも減少する。なぜならば、多くの測定値がｚ範囲〔ｚｉｍａ−ｚｍａｘ，ｚｉｍａ＋ｚｍａｘ〕のなかに生じ、また重み付けにより像に寄与するからである。それは図７中に５行の検出器により実行された螺旋走査により概要を示されている。画素ノイズの相対的な分散Ｖが、Ｘ線管の出力パワー（ｍＡ値）が一定の際のピッチｐの関数として示されている。分散Ｖは図７中に、１行の検出器を有する螺旋走査の際に１８０ＬＩ内挿により等しい、コリメートされた層厚みおよび等しい管パワーにおいて分散Ｖ＝４／３が生ずるようにスケーリングされて示されている。
【００３０】
両曲線はＦＷＨＭ＝１．２７ｄｃｏｌｌおよびＦＷＨＭ＝２ｄｃｏｌｌに対して計算されている。ＦＷＨＭ＝１．２７ｄｃｏｌｌに対しては、本発明による方法を応用した際の分散は、ピッチｐ＝２Ｎ／１０の際のＶ＝４／３からピッチｐ＝１の際のＶ＝１／Ｎ・２／３まで減少する。それは３６０ＬＩ内挿による１行の検出器による螺旋走査に比較してＮ倍の線量累積に相当する。ピッチｐの減少と共に、Ｘ線源１の出力パワーは不変に保って、与える線量（ｍＡｓ積）を高め得るし、または、図７に従ってＸ線源１の出力パワーを減少し、ピッチｐに無関係に線量を不変に保ち得る。
【００３１】
本発明による方法は１行または多行の検出器を有するＣＴ装置に適している。
望まれる有効な層厚みがピッチｐに無関係に設定されるので、本発明によるＣＴ装置の取扱は顕著に簡単化されている。なぜならば、ピッチｐはもはやｚ方向の分解能を決定するパラメータではないからである。医師は、それどころかキーボード１２を用いて望まれる有効な層厚みｄｅｆｆ、一層正確には層感度プロフィルの望まれる半値幅ＦＷＨＭを設定し、またそれにもかかわらずピッチｐを自由に選択し得る。
【００３２】
さらに医師はキーボード１２を用いて有効なｍＡ値、すなわちＸ線源１の有効な出力パワーを、医師が有効な出力パワーをその経験に従って、同一の層厚みにおいて１行の検出器を有するＣＴ装置の場合に選択するであろうように入力し得る。ピッチｐに関係していま計算機８がＸ線源１の実際に設定すべき出力パワー、すなわち実際のｍＡ値を、ピッチｐに無関係に常に１行の検出器を有する前記のＣＴ装置のなかで得られる像と等しい画素ノイズが生ずるように、たとえば図７に相応する曲線に従って計算する。
【００３３】
上記の実施例の場合には、ピッチｐに無関係に有効な層厚みｄｅｆｆの設定を可能にする重み付け関数が用いられているが、これは例として理解されるべきである。ピッチｐと有効な層厚みｄｅｆｆとの間の他の機能的な関連を作る他の重み付け関数も本発明の枠内で使用できる。たとえば、詳細に説明された重み付け関数に追加して、またはその代わりに、ピッチｐと有効な層厚みｄｅｆｆとの間の機能的な関係について、有効な層厚みｄｅｆｆがピッチｐに直接比例していることを示すある重み付け関数を使用することが可能である。
【００３４】
上述の実施例に述べたＣＴ装置は第３世代のＣＴ装置である。Ｘ線源と共に回転する弧状の検出器に代えて、固定のリング状の検出器を有する第４世代のＣＴ装置も本発明による方法に従って動作し、または本発明に従って構成され得る。
【００３５】
本発明は医学および非医学の応用に使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実行するために用いられるＣＴ装置の概要図。
【図２】１行の検出器を有するＣＴ装置に対する従来通常の像再構成方法において通常の内挿方法を示すダイアグラム。
【図３】１行の検出器を有する従来通常のＣＴ装置に対して、コリメートされた層厚みｄｃｏｌｌに対して相対的な層感度プロフィルの半値幅ＦＷＨＭをピッチの関数として示すダイアグラム。
【図４】図２による両方の内挿方法に対して５行の検出器を有するＣＴ装置に対する、図３に相応するダイアグラム。
【図５】５行の検出器を有し、本発明による方法に従って動作するＣＴ装置により達成可能な層感度プロフィルを２つの相異なるピッチ値に対して示すダイアグラム。
【図６】図４のダイアグラムに追加的に、本発明による方法により実現可能なピッチに無関係な２つの層厚みを記入したダイアグラム。
【図７】５行の検出器を有し、本発明による方法に従って動作するＣＴ装置に対して、一定のｍＡ値における画素ノイズの分散をピッチの関数として２つの相異なるピッチに無関係な層厚みに対して示すダイアグラム。
【符号の説明】
１ Ｘ線源
２ 焦点
３ Ｘ線束
４ 検査対象物
５ 検出器
６ システム軸線
７ データ収集システム
８ 計算機
９ モニター
１０ 螺旋
１１ 発生器回路
１２ キーボード
ｂ 幅
Ｆ 送り
ｚ ｚ方向

Claims (4)

1. ＣＴ装置を用いて検査対象物の螺旋走査により得られた測定値から像平面に関して検査対象物の層厚みを有する層の像を再構成するための方法であって、検査対象物の周りを回転するＸ線源と、少なくとも１つの行の検出器要素を有する検出器とを備え、測定値がそれぞれ多数の投影角の１つと螺旋走査の長手方向軸線上のｚ位置とに対応付けられており、また螺旋走査の間に、検査対象物の周りのＸ線源の全回転あたり生ずる、検査対象物とＸ線源および検出器との間の螺旋走査の長手方向軸線の方向の互いに相対的なｍｍ単位でのずれと、螺旋走査の長手方向軸線の方向の検出器の行のｍｍ単位での幅との比として定義された一定のピッチが守られる方法において、
   各々の投影角に関して、この投影角に属する、像平面からの最大の距離のなかに位置しているすべての測定値が、像平面からの螺旋走査の長手方向軸線の方向のその空間的な間隔に相応して重み付け関数に従って重み付けされて再構成に取り入れられ、
   重み付け関数は、有効な層厚みとピッチとの間に関数で定められた関係が存在しているように選ばれ、
   関数で定められた関係は、層厚みがピッチに無関係であるように選ばれている
   ことを特徴とする像を再構成するための方法。
2. Ｘ線源のパワーがピッチに関係して、画素ノイズがピッチに無関係であるように設定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. それぞれ望まれる層厚みを設定するため重み付け関数の幅がピッチに関係して変更されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 請求項１ないし３の１つによる方法を実施するためのＣＴ装置において、有効なｍＡ値を設定するための手段を有し、この手段を介して実際のｍＡ値が、１行の検出器のなかで得られる等しい層厚みの像が設定された有効なｍＡ値において生ずるであろう画素ノイズに通ずるように設定されることを特徴とするＣＴ装置。

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