JP4582997B2 - 高速コンピュータ断層撮影方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査区域内に配置された検査されるべき対象の画像を形成するコンピュータ断層撮影方法に関し、前記方法が、
前記検査区域又は前記検査区域内に配置された前記検査されるべき対象を横切る円錐状Ｘ線ビームを、Ｘ線源を使用しながら生成するステップと、
前記Ｘ線源と前記検査区域の反対側に向かい合って位置するＸ線検出器とを前記検査区域の周りで軌道に沿って回転するステップと、
前記回転中に前記Ｘ線検出器によって投影データを取得するステップと、
前記投影データから１つ以上の画像を再構成するステップと、
を含む。
【０００２】
また、本発明は、対応するコンピュータ断層撮影装置、特にこのようなコンピュータ断層撮影方法を実行する装置にも関する。
【０００３】
【従来の技術】
この種の方法は、EP0,990,892A2から既知である。検査区域における吸収分布の再構成に要求される計算労力を減ずるために、引用された文献は、複数のグループを形成し、データに１次元フィルタリングをかけ、異なるグループの前記フィルタリングされたデータから前記吸収の空間的分布を再構成するように、データ測定のリビニング（rebinning）を実行することを提案している。
【０００４】
今後の円錐状ビーム・コンピュータ断層撮影システムは、取得された投影データから高解像度３Ｄ画像の形成を可能にするだろう。さらに追加として医師は見ることに関して新しい可能性を提供されるだろう。特に、データが取得される前記検査区域における任意の方向の面を選択すること、及び利用可能なデータからの前記面に位置するスライス画像を形成することが可能である。所望の面におけるこのようなスライス画像は、前記取得された投影データの再構成の結果として生じる完全な３Ｄ画像データセットを構成する前記３Ｄ画像データの補間により形成される。このような３Ｄ画像データの補間は、しかしながら、このようなスライス画像の画質の明白な悪化を引き起こす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上述したコンピュータ断層撮影方法及び対応するコンピュータ断層撮影装置を、所望の撮像区域（imaging zone）の画像が可能な限り高い画質を持つように形成されることができ、それにもかかわらず要求される計算労力が可能な限り小さいままであるように工夫することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は、以下のステップを含む前文に述べられたコンピュータ断層撮影方法によって本発明により達成される。
ａ）前記検査されるべき対象の撮像区域を選択するステップ、
ｂ）前記検査されるべき対象の前記撮像区域が前記投影データを取得中に投影される前記Ｘ線検出器の部分領域を決定するステップ、
ｃ）前記取得された投影データから前記部分領域に関連した前記投影データを選択することにより部分投影データを形成するステップ、
ｄ）逆投影法により前記部分投影データから所望の画像を再構成するステップ。
【０００７】
本発明は、補正により既に再構成された３Ｄ画像データから前記所望の撮像区域の画像を引き出す代わりに、所望の画像区域内のボクセル位置（体積要素）における前記投影データが、前記撮像区域の前記所望の画像の再構成のために直接使用されることができるという事実の認識に基づく。しかし、この目的に必要な計算労力を最小化するために、本発明は、また、取得された全ての投影データの代わりに前記所望の撮像区域の前記画像の再構成に実際に必要な前記投影データのみを、前記再構成のために使用する案を提示する。
【０００８】
このように、本発明によると、前記投影データの総量は、前記所望の画像が再構成される部分投影データに削減される。特に、前記逆投影法は、前記部分投影データのみに基づいて実行される。この場合、前記投影データを削減するために、前記Ｘ線検出器のどの部分領域において前記撮像区域が個々の撮像位置に投影されるかが決定される。これらの検出領域において取得された前記投影データのみが、前記部分投影データを形成するだろう。
【０００９】
このように、本発明は、前記計算労力を最小化するのと同様に前記撮像区域の画像に対する向上された画質を提供し、これにより、このような画像の前記再構成は非常に速い。本発明による前記方法は、前記検査されるべき対象における任意の方向のスライス画像を形成するのに使用されることができるだけでなく、原理的に、前記検査区域からの任意の画像の形成、例えば、個々の部分体積、個々の線、面、又は任意の曲面、例えば前記検査区域に位置する対象の曲がった表面、例えば特定の器官の画像の形成にも適している。
【００１０】
請求項２において開示されるような本発明の前記方法のバージョンに従って、まず完全な前記投影データに基づく前記再構成の幾つかの前処理を実行し、この後に前記投影データの部分投影データへの削減を実行することが提案されている。請求項３において開示されるような代わりのバージョンに従って、しかしながら、前記部分投影データへの削減は、前記投影データの取得後に既に行われ、これにより、前記再構成の方法の前記前処理ステップは既に前記部分投影データを使用する間のみに実行される。前記方法の関連したバージョンの選択は再構成法に不可欠に依存し、前記再構成法自体が画像形成のために使用される。しかしながら、所望の画像の形式、又は前記撮像区域の選択も、前記方法の前記関連したバージョンの前記選択に関与し得る。
【００１１】
記述が参考のためにここに組み込まれる引用されたEP0,990,892A2から既知である方法によると、例えば図２に示されるような前記方法のステップ101ないし108は、前記再構成法の前処理ステップであるとみなされることができ、前記ステップが前記完全な投影データに使用され、本発明によって前記（既に前処理された）部分投影データへの削減がおこなわれた後に、後者のデータは前記逆投影法のみのために使用される。
【００１２】
前記撮像区域が投影される前記Ｘ線検出器の領域が非常に小さい特別な場合について、請求項４のバージョンにおいて開示されるように、前記再構成のための前記前処理の文脈において必要な前記フィルタリングするステップを、空間的範囲における畳み込みにより置き換えることは効果的であり得る。このような畳み込みのためには、単に前記投影データが前記空間的範囲に投影される前記領域を拡大する必要があるだけである。総括的に、しかしながら、計算労力及びこの故に計算時間に関する節約は、このように所定の環境において達成されることができる。
【００１３】
請求項５において開示されるような本発明による前記方法のさらに他のバージョンは、計算労力のできるだけ大きな節約が達成されることを可能にする。前記投影データの取得中に各々のＸ線源位置に対して得られた前記投影データセットは、この場合、前記所望の撮像区域の前記画像形成に必要とされる投影データに関して解析され、各々の投影データセットは、この場合、部分投影データセットに削減される。例えば、100個の投影データセットが100個所の異なるＸ線源位置における前記投影データの取得中に形成される場合、これらのセットは、このバージョンによって個別に解析され、そこから100個の異なる部分投影データセットは、本発明によって前記所望の画像を形成するためにさらに処理されるように決定される。
【００１４】
請求項６に従って、前記投影データの取得は、好ましくは、前記検査されるべき対象の周りの円又は螺旋軌道に沿って行われる。しかし、例えば、互いに相対的に傾けられた２つの半円又は２つの完全な円のような他の軌道も使用されることができ、また、好ましくは対称的な軌道が使用されることができる。
【００１５】
本発明による目的は、また、上述された方法のように同じ又は似ているやり方においてさらに詳しく述べられてもよい、請求項７において請求されるようなコンピュータ断層撮影装置によっても達成される。
【００１６】
本発明は、図面を参照して下に詳細に記述されるだろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に示されるコンピュータ断層撮影装置は、ｚ方向と平行に延びる回転軸14の周りを回転することが可能なガントリ1を含む。この目的のために、ガントリ1はモータ2により駆動される。ガントリ1は、円錐状放射線ビーム4を形成するためのコリメータ装置3を設けられた放射線源S、例えば、Ｘ線源を収容する。放射線ビーム4は、検査されるべき対象、例えば、患者テーブル上の患者（両方とも図示されていない）が配置されることができる検査区域13を通る。検査区域13を横切った後に、放射線ビームは、これもまたガントリ1上に据え付けられ、複数の検出列を含み、各々の検出列が複数の検出要素を有する２次元検出ユニット16上に入射する。各々の放射線源位置において各々の検出要素は放射線ビーム４の放射線に対する測定値を供給する。全ての放射線源位置に対する全ての測定値が一緒に上述の投影データを形成する。
【００１８】
参照符号α_maxにより表示される放射線ビーム4の開口角は、前記投影データの取得の間に前記検査されるべき対象が位置する検査区域13の直径を決定する。さらに、検査されるべき対象は、また、モータ5により、例えば、螺旋軌道に沿って前記投影データの取得を可能にするために、回転軸に平行な方向に移動されることもできる。
【００１９】
検出ユニット16により取得される前記投影データは、前記投影データから、例えばモニタ11上に表示するために前記検査区域13の所望の撮像区域における吸収分布を再構成する画像処理ユニット10にかけられる。２つのモータ2、5と、画像処理ユニット10と、放射線源Sと、前記取得された投影データを検出ユニット16から画像処理ユニット10への転送とは、適切な制御ユニット7により制御される。図１に示される前記装置のさらなる詳細については、引用されたEP0,990,892A2に対する参照が再び行われる。
【００２０】
図２は、本発明による前記方法の必須のステップを含むフローチャートを示す。第１ステップS1の間に、投影データは検査されるべき対象の前記検査区域から取得され、前記データは記憶される。取得の目的のために、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器は所定の軌道に沿って、例えば、図３における例によって示されるように螺旋軌道Tに沿って回転する。対応する投影データセットは、軌道Tに沿った多数の離散的な点において取得され、全ての投影データセットが一緒に前記投影データを構成する。
【００２１】
前記方法の次のステップS2の間に、例えば、担当医により、画像が形成される前記撮像区域が選択される。図３に示されるように、このような画像は、検査区域13の傾斜のあるスライス20の画像であってもよい。しかし、例えば、検査区域13内の所定の対象の曲がった表面、例えば器官の表面、検査区域13の所定の部分体積、又はこの対象内の線も、前記撮像区域として選択され得る。
【００２２】
前記方法の第３ステップS3の間に、どの部分領域において前記所望の撮像区域、即ち、図３に示される例におけるスライス20が、個々の撮像位置、即ち、対応する投影データセットが取得される軌道Tに沿った位置に投影されるのかが決定される。これは、図４における単一の軌道位置に対して詳細に示される。完全に画像が映されることができる再構成体積22内で、傾斜のある面20は、検出器16の領域21においてのみ画像化されるように見える。このように、もし面20のただ１つのスライス画像が形成されるならば、検出器16の領域21において取得される前記投影データのみがさらに処理される必要があるのに対して、前記示された撮像位置において検出器16により取得された全てのさらに他の投影データは、このような画像のためにさらに処理される必要はない。本発明によると、明らかに示されるように、各々の軌道位置において傾斜させられたスライス20は、図４に示される検出領域21より大きい又は小さくてもよい異なる検出領域上に投影されるので、この検査は好ましくは全ての軌道位置に対して実行される。
【００２３】
さらに、所望の撮像区域が検出器上に全く投影されない軌道Tに沿った撮像位置もあり得る。これは、図３に見られることができる。すぐに気づくことができるように、スライス20は軌道Tの部分領域T1及びT3に沿った撮像位置における前記検出器上には全く画像が映されず、しかし部分領域T2における前記検出器には画像が映される。従って、部分領域T1及びT3から生じる投影データも、スライス20のただ１つのスライス画像が形成される場合には、さらなる処理から除外されることができる。
【００２４】
前記部分投影データは前述したようにステップS4において形成される。前記さらなる処理のために、この場合、ステップS3において決定された前記撮像区域における情報も含む前記投影データのみが選択される。好ましくは、各々の投影データセットに対して、この場合、部分投影データセットが形成され、前記部分投影データセットの和は部分投影データの全体性を形成する。
【００２５】
前記撮像区域の前記所望の画像は、この後ステップS5及びS6において再構成され、前記前処理ステップは、前記方法のステップS5に組み合わされるのに対して、前記方法のステップS6は、前記部分投影データからの実際の逆投影法を有する。前記方法のステップS5は、特に、前記部分投影データの重み付け、対数補正（logarithmation）、フィルタリング、及び／又は較正のような、前処理ステップを含む。リビニングも、前記前処理ステップの一部を形成し得る。特に使用された前記前処理ステップは、使用された前記再構成法に不可欠に依存する。EP0,990,892A2から既知の前記再構成法、又は螺旋スキャニングを用いる既知のFeldkampの方法の場合において、関連したステップ101ないし108は前記前処理ステップの中にある。他の再構成法は、例えば円軌道に沿ったスキャニングの後に、しかしながらリビニングを含まず、また、フィルタ演算の代わりに畳み込み演算を部分的に使用する。
【００２６】
既に図２に点線で示されるように、前記方法は、修正されることもできる。例えば、前記方法の第３ステップS3の後に、前記完全な投影データの前処理（ステップS4’）が行われることができ、前記部分投影データは、この後に（ステップS5’）前記既に前処理された完全な投影データから形成されることができる。しかしながら、前記方法の最後のステップ（S6）の前記逆投影法は、再びこの修正による前記部分投影データのみを伴う。さらに他の修正は、前記完全な投影データの前記前処理が前記投影データの取得の後に既に行われ、これは前記方法のステップS5が前記方法の第１ステップS1の後に既に行われることを意味し、前記所望の撮像区域の選択（S2）並びにさらに他のステップS3、S4及びS6はこの後のみに行われることであってもよい。
【００２７】
図５は図３に既に示されている軌道Tを再び示す。さらに、Ｘ線源S、検出器16、及びＸ線ビーム4の位置は、固定された軌道位置に対して示され、また前記撮像区域に対する相対的な位置に対して示され、前記撮像区域は再び本例における傾斜のあるスライス20である。図６は、撮像区域20がこの軌道位置に投影される検出器16の部分領域のより正確な図である。検出器16の狭い部分領域21は、スライス20が投影される領域を表し、これは、部分領域21における投影データのみがスライス20に関する情報を含むことを意味する。この部分領域21が、全体的な検出器表面16の非常に狭く、小さい部分領域なので、特に必要な計算時間に関して、前記再構成に必要な前記フィルタリングするステップを、局所的に及び検出器16全体を横切らずに実行することは有利であり得、これは、時間範囲における前記フィルタリングするステップを前記空間的範囲における単純な畳み込みにより置き換えることが有利であり得ることを意味し、前記畳み込みの演算は、一般に、検出領域全体16からの前記完全な投影データに対しては複雑すぎるだろう。示された例に対して実行される畳み込みを使用可能にするために、部分領域21は、対応する両側のサイド領域23によって拡大されなければならない。畳み込みは、この場合、前記拡大された領域において実行されることができ、前記畳み込みは、あるいは、対応するフィルタ演算より少ない計算労力を必要とする。上述された修正は、また、上述の方法、特に必要な前記前処理ステップに組み込まれることもできる。
【００２８】
図７は、本発明による前記コンピュータ断層撮影装置の処理ユニット10の詳細な表現である。本発明による処理ユニット10は、前記検査されるべき対象の撮像区域を選択する手段101を含む。前記手段は、例えば、前記医師がポインタにより表示画面の別な画像において再現される前記撮像区域にしるしをつけることができることであってもよい。さらに、処理ユニット10は、前記投影データの取得中に前記撮像区域が投影された前記Ｘ線検出器の前記領域の決定を可能にする手段102を含む。また、前記部分投影データを形成する提供された手段103と同様に前記部分投影データからの逆投影法により前記所望の画像を再構成する手段104がある。手段102, 103及び104は、好ましくは、適切な演算ユニットとして実施される。
【００２９】
本発明による前記方法は、補正により３Ｄ体積データから引き出された画像よりかなり高い画質を持つ選択された撮像区域からの画像の形成を可能にする。さらに、本発明による前記方法は、前記所望の撮像区域の対応する次元及び位置に従って要求される前記計算時間を減らすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるコンピュータ断層撮影装置を示す。
【図２】 本発明による前記コンピュータ断層撮影方法の実行を図示するフローチャートを示す。
【図３】 本発明の文脈において使用される軌道を示す。
【図４】 例により与えられた撮像区域を図示する。
【図５】 さらに前記撮像区域を図示する。
【図６】 Ｘ線検出器におけるこのような撮像区域の投影を示す。
【図７】 本発明による画像処理ユニットの構造を示す。

Claims (6)

1. 検査区域に配置された検査されるべき対象の画像を形成するコンピュータ断層撮影装置であり、
   前記検査区域又は前記検査区域に配置された前記検査されるべき対象を横切る円錐状Ｘ線ビームを生成するＸ線源と、
   前記Ｘ線源と前記検査区域の反対側に向かい合って位置するＸ線検出器とを前記検査区域の周りで軌道に沿って回転する手段と、
   前記回転中に投影データを取得する前記Ｘ線検出器と、
   を含むコンピュータ断層撮影装置であって、
   前記装置が、また、
   ａ）前記検査されるべき対象の撮像区域を選択する手段と、
   ｂ）前記検査されるべき対象の前記撮像区域が前記投影データを取得中に投影される前記Ｘ線検出器の部分領域を決定する手段と、
   ｃ）前記取得された投影データから前記部分領域に関連した前記投影データを選択することによりデータ量を削減された部分投影データを形成する手段と、
   ｄ）逆投影法により前記部分投影データから所望の画像を再構成する手段と、
   を含むことを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
2. 前記再構成のための前処理、特に前記投影データの重み付け、対数補正、フィルタリング及び／又はリビニングが、完全な取得された前記投影データに基づいて実行され、この後に前記部分投影データが形成され、前記再構成する手段が実行されることを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
3. まず前記部分投影データが形成され、次に前記再構成のための前処理、特に前記投影データの重み付け、対数補正、フィルタリング及び／又はリビニングと同様に前記再構成する手段が前記部分投影データのみに基づいて実行されることを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
4. 特に選択された部分投影データと関連し、且つ前記検査されるべき対象の前記撮像区域が投影される前記Ｘ線検出器の前記部分領域が小さい場合に、フィルタリングの前処理が、前記選択された部分投影データに関して局所的な畳み込みにより置き換えられる、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
5. 前記投影データが、各々のＸ線源位置に対して対応する単一投影データセットとして取得され、対応する部分投影データセットが、各々の投影データセットに対して決定されることを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
6. 前記投影データの前記取得のために前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器が前記検査されるべき対象の周りで円又は螺旋軌道に沿って回転することを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。

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