JP4598302B2

JP4598302B2 - マルチスライス型イメージング・システムで薄層スライス・イメージング・データを作成するための方法及び装置

Info

Publication number: JP4598302B2
Application number: JP2001136771A
Authority: JP
Inventors: ジャン・ヘシエー; ジャニン・リー
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2021-05-08
Also published as: US6366637B1; DE10122052A1; JP2002034971A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全般的には断層撮影イメージングに関し、さらに詳細には、マルチスライス型イメージング・システムを使用してコンピュータ断層撮影イメージング・データを作成するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
周知のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムの少なくとも１つの構成では、Ｘ線源は、デカルト座標系のＸ−Ｙ平面（一般に「画像作成面」と呼ばれる）内に位置するようにコリメートされたファンビーム（扇形状ビーム）を放出する。Ｘ線ビームは、例えば患者などの画像作成対象を透過する。ビームは、この対象によって減衰を受けた後、放射線検出器のアレイ上に入射する。検出器アレイで受け取った減衰したビーム状放射線の強度は、対象によるＸ線ビームの減衰に依存する。このアレイの各検出器素子は、それぞれの検出器位置でのビーム減衰の計測値に相当する電気信号を別々に発生させる。すべての検出器からの減衰量計測値を別々に収集し、透過プロフィールが作成される。
【０００３】
周知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが画像作成対象を切る角度が一定に変化するようにして、画像作成面内でこの画像作成対象の周りをガントリと共に回転する。あるガントリ角度で検出器アレイより得られる一群のＸ線減衰量計測値（すなわち、投影データ）のことを「ビュー(view)」という。また、画像作成対象の「スキャン・データ」は、Ｘ線源と検出器が１回転する間に、様々なガントリ角度、すなわちビュー角度で得られるビューの集合からなる。アキシャル・スキャンでは、この投影データを処理し、画像作成対象を透過させて得た２次元スライスに対応する画像を構成させる。投影データの組から画像を再構成させるための一方法に、当技術分野においてフィルタ補正逆投影法と呼ぶものがある。この処理方法では、スキャンにより得た減衰量計測値を「ＣＴ値」、別名「ハウンスフィールド値」という整数に変換し、これらの整数値を用いて陰極線管ディスプレイ上の対応するピクセルの輝度を制御する。
【０００４】
周知のＣＴシステムでは、そのＸ線ビームは、患者の体軸（すなわち、ｚ軸）におけるＸ線ビームのプロフィールを規定するための患者前置コリメータを通過するようにＸ線源から投射される。このコリメータは、典型的には、その内部に開口をもつＸ線ビームを制限するためのＸ線吸収材料を含んでいる。
【０００５】
ＣＴイメージング・システムは、典型的には、コリメータの開口サイズやスライス厚などのファクタにより課せられる制約範囲内での画像分解能を提供する。少なくとも１つのＣＴシステムでは、その最小スライス厚は１．２５ミリメートルであり、この値は主に検出器素子のピッチ・サイズにより決定される。画像分解能を向上させるためには、スライス厚を１ミリメートル未満まで薄くし、かつその厚さの減少をイメージング・システムのハードウェアに及ぼす影響を最小にするようにして達成することが望ましい。
【０００６】
単一スライス型イメージング・システムでスライス厚を薄くするためには、検出器素子の一部分を照射し、イメージング・データ（例えば、投影データまたは画像データ）を逆たたみ込み(deconvolution) して、再構成したスライス・プロフィールの半値全幅（ＦＷＨＭ）間隔を減少させることが知られている。マルチスライス型システムに対しても、システムのハードウェアに影響を与えずに同様のスライス幅減少を達成できることが望ましい。しかし、マルチスライス型イメージング・システムに対してこの方式を実施する際には、マルチスライスのサンプリングが、例えば隣接した検出器横列(row) 相互の間のジョイント部により制限されるため問題を生じることがある。
【０００７】
２重スライス型のイメージング・データ収集と逆たたみ込み技法とを使用して、マルチスライス型イメージング・システムに対してシステムのハードウェアの変更を必要とせずにそのスライス厚を減少させることが望ましい。
【０００８】
【発明の概要】
したがって、実施の一形態では、Ｘ線ビームが被検体を通って検出器素子の複数の横列へ方向付けされるように構成された線源を含み、該検出器素子の複数の横列が投影データをスライス単位で獲得するように構成されているコンピュータ断層撮影イメージング・システムで、スライス厚を薄くするための方法が提供される。この方法は、各々が外側エッジを有する一対の隣接した横列からイメージング・データを取得するステップと、前記隣接した横列の外側エッジを境界とする領域から取得したイメージング・データの少なくとも一部分を逆たたみ込みするステップと、逆たたみ込みしたイメージング・データを合成して前記隣接した横列の対に対するスライス感度プロフィールを得るステップとを含む。
【０００９】
上述の方法によって、マルチスライス型イメージング・システムのユーザは、そのスライス厚を１ミリメートル未満まで減少させるようなイメージング・データの逆たたみ込みを実施することができる。したがって、既存のマルチスライス型イメージング・システムにおいてハードウェアの変更を要することなく画像分解能が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照すると、「第３世代」のＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０を示している。ガントリ１２は、このガントリ１２の対向面上に位置する検出器アレイ１８に向けてＸ線ビーム１６を放出するＸ線源１４を有する。検出器アレイ１８は、投射され被検体２２（例えば、患者）を透過したＸ線を一体となって検知する検出器素子２０により形成される。検出器アレイ１８は、単一スライス構成で製作される場合とマルチ・スライス構成で製作される場合がある。各検出器素子２０は、入射したＸ線ビームの強度を表す電気信号、すなわち患者２２を透過したＸ線ビームの減衰を表す電気信号を発生させる。Ｘ線投影データを収集するためのスキャンの間に、ガントリ１２及びガントリ上に装着されたコンポーネントは回転中心２４の周りを回転する。
【００１１】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６により制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０とを含む。制御機構２６内にはデータ収集システム（ＤＡＳ）３２があり、これによって検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングし、このデータを後続の処理のためにディジタル信号に変換する。画像再構成装置３４は、サンプリングされディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取り、高速で画像再構成を行う。再構成された画像はコンピュータ３６に入力として渡され、コンピュータにより大容量記憶装置３８内に格納される。
【００１２】
コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して、オペレータからのコマンド及びスキャン・パラメータを受け取る。オペレータにより提供されるこうしたパラメータの１つは、データ収集用の公称スライス厚である。付属の陰極線管ディスプレイ４２により、オペレータはコンピュータ３６からの再構成画像やその他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータの発したコマンド及びパラメータを用いて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０に対して制御信号や制御情報を提供する。さらにコンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御してガントリ１２内での患者２２の位置決めをするためのテーブル・モータ制御装置４４を操作する。詳細には、テーブル４６により患者２２の各部分はガントリ開口４８を通過できる。
【００１３】
図３を参照すると、典型的なマルチスライス型システムでは、Ｘ線ビーム１６は線源１４の焦点５０から放出され、ｚ軸においてビーム１６のプロフィールを規定するための患者前置コリメータ５２を通過するように投射される。コリメートされたビーム１６は、複数の横列５４（例えば、検出器素子２０の４つの横列５４）を含む検出器アレイ１８に向けて投射される。隣接した横列５６及び５８は、それぞれ外側エッジ６０及び６２を有する検出器アレイ１８の中央横列である。横列５６の内側エッジ６４は横列５８の内側エッジ６６に隣接している。
【００１４】
実施の一形態では、イメージング・システム１０のスライス厚を薄くするための方法は、一対の隣接した横列５４（例えば、中央の横列５６及び５８）からイメージング・データ（例えば、投影データや投影データから作成した画像データ）を取得することを含む。さらに詳細には、ビーム１６は、左側中央検出器横列５６の外側エッジ６０と右側中央検出器横列５８の外側エッジ６２を境界とする領域６８の一部分を照射するように方向付けされる。例えば、ビーム１６は、領域６８の一部分内にビーム１６が包含されるようにコリメータ５２によりコリメートされる。
【００１５】
上述のようにしてビーム１６を中央の横列５６及び５８に方向付けしてイメージング・データを取得することによって、幾つかの臨床応用ではスライス厚が効果的に薄くされる。例えば、システム１０の半値全幅（ＦＷＨＭ）間隔が１．２５ミリメートルである場合、そのスライス厚は０．８〜０．９ミリメートルのＦＷＨＭまで減少（薄く）される。これ以上の厚さの減少はＸ線焦点５０のサイズ、並びにシステム１０の幾何学構成（すなわち、コリメータ５２と焦点５０の間の距離、及び検出器素子２０と焦点５０の間の距離）によって制限される。
【００１６】
多くの臨床応用に対して、０．５ミリメートルのスライス厚を達成することが望ましい。したがって、別の実施形態では、領域６８から取得したイメージング・データの少なくとも一部分を逆たたみ込みする。さらに詳細に述べると、図４では、図３に示すような照射を受けた際の横列５６のような左側中央の横列に関する典型的なスライス感度プロフィール７０を図示している。感度プロフィール７０は、接合部（すなわち、横列５６及び５８のそれぞれの内側エッジ６４及び６６）によりビーム１６の境界が規定される距離点である距離７２において、ステップ関数に極めて近くなっている。コリメータ５２により規定する場合、外側エッジ６０に右側から近づくのに伴って、ビーム１６の境界は徐々に低下して行く（例えば、距離７４の周辺）。同様に図５を参照すると、横列５８のような右側中央の横列に対する典型的なスライス感度プロフィール７６は、内側エッジ６４が内側エッジ６６と落ち合う点である距離７８において、ステップ関数に極めて近くなっている。コリメータ５２により規定する場合、外側エッジ６２に左側から近づくのに伴って、ビーム１６の境界は徐々に低下して行く（例えば、距離８０の周辺）。
【００１７】
ステップ関数に近似したビーム１６の境界とコリメータ規定したビーム１６の境界との上述の相違により、マルチスライスのイメージング・データに対して単一スライス応用に関して周知の逆たたみ込みを適用した場合、アンダーシュートを効果的に補償することが困難となる。したがって実施の一形態では、逆たたみ込みをそのイメージング・データの一部分に対して適用する、例えば、逆たたみ込みを隣接した横列５６及び５８の各々に対して別々に適用する。さらに詳細に述べると、例えば、以下に記載した関係式を用いて、左側中央の横列５６に対する逆たたみ込みは左外側エッジ６０の方向に適用し、右側中央の横列５８に対する逆たたみ込みは右外側エッジ６２の方向に適用する。
【００１８】
【数３】

【００１９】
上式において、Ｐ_1A及びＰ_1Bは、それぞれ左側中央検出器横列１Ａ及び右側中央検出器横列１Ｂに対する元のイメージング・データ・サンプルであり、Ｐ’_1A及びＰ’_1Bは、それぞれ左側中央検出器横列１Ａ及び右側中央検出器横列１Ｂに対する修正後のイメージング・データ・サンプルであり、Ｗ_kA及びＷ_kBは逆たたみ込みカーネル点である。
【００２０】
例えば横列５６と５８に関して、元のスライス感度プロフィールは典型的には非対称であるため、例えば、式（１）及び式（２）において上述したように、逆たたみ込みに用いるすべてのデータ・サンプルが同じ横列５４からのものであると、その逆たたみ込みの結果は向上する。したがって実施の一形態では、例えばアキシャル・スキャンに対するサンプリング・パターンは、図６に示すようにして実施される。イメージング・データ・サンプル９０を取得した後、検出器アレイ１８をｚ軸において一定の均等間隔だけ（例えば、横列５４の公称スライス厚の半分だけ）増分させ、例えば横列５６からの新たなサンプル９２及び９４が、例えば横列５６から採取した以前のサンプルに少なくとも部分的に重なり合う（すなわち、またがる）ようにする。
【００２１】
図７及び８はそれぞれ、スライス感度プロフィール７０及び７６に対する上述の方式による逆たたみ込みを図示したものである。図７及び８に示す実施形態では、逆たたみ込みを受けた感度プロフィール８２及び８４は、３点逆たたみ込みカーネルを用いて取得される。別の実施形態では、別のサイズをもつカーネルが使用される。
【００２２】
上述のように片側逆たたみ込みを用いると、逆たたみ込みを受けたスライスの重心は元のスライス・プロフィールと比較してシフトする。（したがって、例えば、図６に示す横列５８の第１のサンプル９０の、横列５６の第３のサンプル９４上への明らかな重なりは、逆たたみ込みを通じて変更される。）図７及び８に示すように、実施の一形態による逆たたみ込みにより、横列５６の重心８６は右方向にシフトし、一方横列５８の重心８８は左方向にシフトする。
【００２３】
したがって実施の一形態として図７及び８を参照すると、横列５６に対する逆たたみ込み済みのイメージング・データは、逆たたみ込みの前と後における横列５６の重心８６の位置の差９６だけ右方向にシフトしている。同様に、横列５８に対する逆たたみ込み済みのデータは、逆たたみ込みの前と後における横列５８の重心８８の位置の差９８だけ左方向にシフトしている。逆たたみ込みを受けシフトを受けた横列５６及び５８からのイメージング・データを合成して、図９に示すようなスライス感度プロフィール１００が得られる。図９には、逆たたみ込みする前の横列５６及び５８から合成したスライス・プロフィール１０２も示してある。
【００２４】
したがって、上述の方法により、マルチスライス型システムのユーザは、元のＦＷＨＭが１．２５ミリメートルであるシステムにおいて、０．６４ミリメートルまでの狭いＦＷＨＭ間隔を達成できる。したがって、そのスライス厚が薄くされ、かつ画像分解能がハードウェアの変更なしに向上する。
【００２５】
本発明の具体的な実施形態を詳細に記載し図示してきたが、これらは説明および例示のためのものに過ぎず、本発明を限定する意図ではないことを明瞭に理解されたい。さらに、本明細書に記載したＣＴシステムは、Ｘ線源と検出器の双方がガントリと共に回転する「第３世代」システムである。検出器素子が個々に補正され所与のＸ線ビームに対して実質的に均一のレスポンスを提供できるならば、検出器が全周の静止した検出器でありかつＸ線源のみがガントリと共に回転する「第４世代」システムを含め、別の多くのＣＴシステムも使用可能である。さらに、本発明は、ＣＴイメージング・システム以外の他のイメージング・システムにおいて実現することもできる。実施形態の幾つかでは、本明細書に記載した方法は、コンピュータ３６と画像再構成装置３４のいずれか一方又は両者を制御するソフトウェアまたはファームウェア、あるいはこれらの組み合わせによって実施される。さらに、本発明はコンピュータ３６や画像再構成装置３４以外の他のプロセッサを用いて実現することもできる。
【００２６】
本発明を具体的な様々な実施形態に関して説明してきたが、本発明は、当業者であれば、特許請求の範囲の精神及び範疇の域内で修正を行って実施することができよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの外観図である。
【図２】図１に示すシステムの概要ブロック図である。
【図３】典型的なマルチスライス型検出器アレイを照射しているＸ線ビームの幾何学構成を表した略図である。
【図４】図３に示すような照射を受けた際の、左側中央検出器素子横列に対する典型的なスライス感度プロフィールを表したグラフである。
【図５】図３に示すような照射を受けた際の、右側中央検出器素子横列に対する典型的なスライス感度プロフィールを表したグラフである。
【図６】実施の一形態によるマルチスライスのサンプリング・パターンの略図である。
【図７】実施の一形態による逆たたみ込みを受けた図４の左側中央検出器のスライス感度プロフィールを表したグラフである。
【図８】実施の一形態による逆たたみ込みを受けた図５の右側中央検出器のスライス感度プロフィールを表したグラフである。
【図９】実施の一形態により取得した合成スライス感度プロフィールのグラフである。
【符号の説明】
１０ＣＴイメージング・システム
１２ガントリ
１４Ｘ線源
１６Ｘ線ビーム
１８検出器アレイ
２０検出器素子
２２患者、被検体
２４回転中心、アイソセンタ
２６制御機構
２８Ｘ線制御装置
３０ガントリ・モータ制御装置
３２データ収集システム（ＤＡＳ）
３４画像再構成装置
３６コンピュータ
３８大容量記憶装置
４０コンソール
４２陰極線管ディスプレイ
４４テーブル・モータ制御装置
４６モータ式テーブル
４８ガントリ開口
５０Ｘ線焦点
５２患者前置コリメータ
５４検出器の横列
５６右側中央検出器横列
５６左側中央検出器横列
６０横列５６の外側エッジ
６２横列５８の外側エッジ
６４横列５６の内側エッジ
６６横列５８の内側エッジ
７０、７６スライス感度プロフィール
８２、８４逆たたみ込みを受けた感度プロフィール
８６横列５６の重心
８８横列５８の重心
９０、９２、９４イメージング・データ・サンプル
９６逆たたみ込みの前と後における横列５６の重心位置の差
９８逆たたみ込みの前と後における横列５８の重心位置の差
１００合成したスライス感度プロフィール
１０２逆たたみ込みする前の横列５６及び５８から合成したスライス・プロフィール

Claims

Ｘ線ビーム（１６）が被検体（２２）を通って検出器素子の複数の横列（５４）へ方向付けされるように構成された線源（１４）を含み、該検出器素子の複数の横列が投影データをスライス単位で獲得するように構成されているコンピュータ断層撮影イメージング・システム（１０）で、スライス厚を薄くする方法であって、各々が外側エッジ（６０，６２）を有する一対の隣接した横列（５６，５８）からイメージング・データを取得するステップと、前記隣接した横列の外側エッジを境界とする領域（６８）から取得したイメージング・データの少なくとも一部分を逆たたみ込みするステップと、逆たたみ込みしたイメージング・データを合成して前記隣接した横列の対に対するスライス感度プロフィール（７６）を得るステップ、とを含む方法。
線源（１４）と、投影データをスライス単位で獲得するように構成した検出器素子の複数の横列（５４）であって、各々が外側エッジ（６０，６２）を有する一対の隣接した横列（５６，５８）を含む当該複数の横列（５４）と、を備えるイメージング・システム（１０）であって、前記一対の隣接した横列からイメージング・データを取得し、前記隣接した横列の外側エッジを境界とする領域（６８）から取得したイメージング・データの少なくとも一部分を逆たたみ込みし、逆たたみ込みしたイメージング・データを合成して、前記隣接した横列の対に対するスライス感度プロフィール（１０２）を得る、ように構成されたイメージング・システム。
検出器アレイ（１８）をさらに備えると共に、前記隣接した横列（５６，５８）が前記検出器アレイの中央横列を構成しており、
さらに、前記線源（１４）から放出されたＸ線ビーム（１６）が前記隣接した横列対（５６，５８）の前記外側エッジ（６０，６２）を境界とする領域（６８）の一部分を照射するように前記Ｘ線ビーム（１６）を方向付けし、
コリメータ（５２）をさらに備えると共に、前記領域（６８）の前記一部分内に包含されるように前記ビーム（１６）をコリメートするように構成されている請求項２に記載のシステム（１０）。
一対の隣接した横列（５６，５８）からイメージング・データを取得するように構成されることが、少なくとも部分的に重なり合っているイメージング・データ・サンプル（９０，９２，９４）を取得するように構成されることを含み、
さらに、少なくとも部分的に重なり合っているサンプル（９０，９２，９４）をｚ軸に沿って均等間隔で取得するように構成されており、
前記均等間隔がイメージング・システムの公称横列スライス厚の半分である、請求項２に記載のシステム（１０）。
前記隣接した横列の前記外側エッジ（６０，６２）を境界とする領域（６８）から取得したイメージング・データの少なくとも一部分を逆たたみ込みするように構成されることが、前記各隣接した横列（５６，５８）から取得したイメージング・データを別々に逆たたみ込みするように構成されることを含む、請求項２に記載のシステム（１０）。
前記各隣接した横列（５６，５８）から取得したイメージング・データを別々に逆たたみ込みするように構成されることが、次の関係式を用いてイメージング・データを逆たたみ込みするように構成されることを含む、請求項５に記載のシステム（１０）。

上式において、Ｐ_1A及びＰ_1Bは、それぞれ左側中央検出器横列１Ａ及び右側中央検出器横列１Ｂに対する元のイメージング・データ・サンプルであり、Ｐ’_1A及びＰ’_1Bは、それぞれ左側中央検出器横列１Ａ及び右側中央検出器横列１Ｂに対する修正後のサンプルであり、Ｗ_KA及びＷ_KBは逆たたみ込みカーネル点である。
前記隣接した横列の対（５６，５８）からイメージング・データを取得するように構成されることが、アキシャル・スキャンを実行するように構成されることを含む、請求項２に記載のシステム（１０）。
前記隣接した横列の対（５６，５８）からイメージング・データを取得するように構成されることが、ヘリカル・スキャンを実行するように構成されることを含む、請求項２に記載のシステム（１０）。