JP4623785B2

JP4623785B2 - Ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4623785B2
Application number: JP31690599A
Authority: JP
Inventors: センブリツキオットー; ワルシュレーガーハインリッヒ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2019-11-08
Also published as: US6272199B1; JP2000139893A; DE19851556C2; DE19851556A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影像を撮影するために検査すべき対象物の周りを動くＸ線源と、２つの端位置の間を往復して動くＸ線源の焦点から出発する放射を受信するための検出器システムとを含んでおり、この検出器システムが、それぞれ開口を有し、また隣接する検出器要素に対してラスタ間隔をおいて配置されている多数の検出器要素を有し、これらの検出器要素が個々の投影像の撮影時に、その強さが検出器要素までのＸ線の経路で生ずるＸ線減衰に相当し、そしてその数が投影像の撮影に関与する検出器要素の数に相当する出力データを供給し、さらに出力データに基づいて像を再構築する電子計算装置を含むＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば米国特許第 4 637 040号明細書から公知のこの種のＣＴ装置では、Ｘ線源の焦点の大きさ、再構築アルゴリズムのＭＴＦ（変調伝達関数）および再構築される像の画素の大きさとならんで、投影像を撮影するサンプリング周波数、従ってまた直接的に隣接する検出器要素間のラスタ間隔が、達成可能な局部分解能に対して決定的である。
【０００３】
２つの端位置間での焦点の運動、即ち跳躍焦点を有するＸ線管の使用は、サンプリング周波数を高めることにより局部分解能を高める役割をし、また米国特許第 4 637 040号明細書から公知でもある。
【０００４】
さらに、いわゆるλ／４シフトにより相補性の投影像データセットにおけるサンプリング周波数を高めることは、米国特許第 4 008 400号明細書から公知である。しかしながらλ／４シフトは、非常に安定かつ正確な機械的特性を有するＣＴ装置を前提としており、さらに、Ｘ線源の焦点が検査すべき対象物の周りを運動する軌道半径が短いときには、非常に有効なものとは言えない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭にあげた形式のＣＴ装置を、局部分解能の向上が、Ｘ線源の焦点の軌道半径が短いときにも、ＣＴ装置の機械的な安定性について高い要求を課すことなしに可能となるように構成することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、投影像を撮影するために検査すべき対象物の周りを動くＸ線源と、２つの端位置の間を往復して動き、Ｘ線源の焦点から出発する放射を受信するための検出器システムとを含み、この検出器システムが、それぞれ開口を有し、さらに直接的に隣接する検出器要素に対してラスタ間隔をおいて配置されている多数の検出器要素を有し、これらの検出器要素が個々の投影像の撮影の際に、その強さが検出器要素までのＸ線の経路で生ずるＸ線の減衰に相当し、そしてその数が投影像の撮影に関与する検出器要素の数の２倍に相当する出力データを供給し、さらに出力データを、各投影毎の撮影に関与する検出器要素の数の２倍よりも大きい複数個のデータを含み、像再構築の役割をするデータに変換計算する電子計算装置を備え、この電子計算装置が像再構築の役割をするデータに基づいて像を再構築することを特徴とするＣＴ装置により解決される。
【０００７】
即ち本発明においては、出力データの中に最大含まれている局部周波数が検出器開口に相当することを利用する。これらの情報は、従来通常のＣＴ装置の場合には、各投影毎の出力データの数が、２つの端位置間における焦点の運動のために、投影像の撮影に関与する検出器要素の数の２倍に相当し、従ってまた最大考慮に入れられる局部周波数がラスタ間隔に相当するために利用されていないのに対し、本発明の場合には像再構築の役割をするデータへの出力データの変換計算を、出力データの中に含まれている局部周波数を利用して行う。
【０００８】
最大達成可能な局部的解像度は、実際には開口により予め定められた零位置までは達しない。むしろ実際には、理論的な最大値の約９５％が期待される。
【０００９】
本発明の特に有利な実施例では、出力データは扇状投影像を表し、また像再構築の役割をするデータは平行投影像を表す。局部分解能の増大は、扇状投影像を表す出力データを、像再構築の役割をするデータは平行投影像を表すデータに、好ましくは内挿により変換する過程で行われる。これは局部情報、即ち相異なる扇状投影の際に得られた出力データの結び付けによる、新しい座標系への変換計算に相当する。本発明の実施例によれば、内挿は、ラスタ間隔の逆数よりも大きい、またはそれに等しい局部周波数を有する信号成分が、少なくとも本質的に抑制されるように実行される。適当な内挿は式
【数４】

に従って実行し、ここでｈ₁ は直線的内挿の内挿核であり、
【数５】

が成り立ち、ｈ₁ ^rは
【数６】

により定義されており、βは扇状チャネル角度、Δβはそのインクレメントである。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面により説明する。
【００１１】
図１によるＣＴ装置は、扇状のＸ線束２を送り出すＸ線源１と、一連の検出器要素、例えばＮ＝５１２の検出器要素３ ₁ないし３ _Nから構成された検出器システム３とを備えた測定ユニットを有する。検査すべき対象物、即ち患者４のために寝台５が設けられている。患者４を検査するため、測定ユニット１、３を、患者４の検査すべき範囲が位置する測定フィールド６の周りで回転させる。測定ユニット１、３の回転軸線には参照符号７を付してある。回転中に、発電機８から給電されるＸ線源１は、パルス的にまたは継続的に作動する。測定ユニット１、３の予め決められた角度位置、例えばそれぞれ１°の間隔で３６０の角度位置において、検出器システム３の検出器要素３ ₁ないし３ _Nの出力データのセット、いわゆる投影が行われる。
【００１２】
本発明によるＣＴ装置の場合、最後にＸ線放射が出発するＸ線源１の焦点は、図１中に参照符号Ｆ ₁およびＦ ₂を付して示す、２つの端位置の間を周期的に往復して動く。即ちいわゆる跳躍焦点が存在する。
【００１３】
相応の出力データが電子計算装置９に供給され、この計算装置９がそれに供給された出力データに基づいて、患者４の測定フィールド６の中に位置している範囲の断層像を計算し、この断層像がディスプレイ装置１０の上に表示される。
【００１４】
回転軸線７の周りでの測定ユニット１、３の回転は、基本架台１１の中に回転可能に支えられた回転環１２により行われる。この回転環１２にＸ線源１および検出器システム３が取付けられている。回転環１２を駆動するため電動機１３が設けられており、この電動機は図示の実施例の場合には、発電機８と同じく電子計算装置９により制御される。その代わりに、電子計算装置９に追加して別の制御ユニットを設けてもよい。
【００１５】
図２と結び付けて図１から明らかなように、検出器システム３は一連の検出器要素３ ₁ないし３ _Nから成っており、それらのうち図２中には例として検出器要素３ ₁₂ないし３ ₁₅が示されている。各検出器要素はシンチレーション体を有し、図２の場合には例としてシンチレーション体１４ ₁₂ないし１４ ₁₅が示されている。シンチレーション体の後に光電変換器が接続されており、それらのうち図２中には、例としてフォトダイオード１５ ₁₂ないし１５ ₁₅が示されている。直接的に隣接する検出器要素の間の中間空間は、光学的クロストークを防止するため、それぞれ光不透過性の隔壁により互いに隔てられており、それらのうち図２中には例として隔壁１６ ₁₂ないし１６ ₁₄が示されている。個々の検出器要素は、扇状Ｘ線束２の中央平面内で見てそれぞれ開口ａｐを有する。隣接する検出器要素は、同じくＸ線束２の中央平面内で見てラスタ間隔ａの中に互いに離されて配置されている。
【００１６】
本発明によるＣＴ装置の場合、５１２の全ての検出器要素を利用する際に、投影像の撮影時、両方の端位置の間を跳躍焦点が動くので、各投影毎に患者４の検査すべき範囲の扇状投影像を表す１０２４の出力データ（以下チャネルと呼ぶ）を利用できる。即ち測定ユニット１、３が３６０°回転する際に３６０の投影像が各１０２４のチャネルに対して撮影される。検出器システム３の相応の出力データが電子計算装置９に到達し、この電子計算装置９がそれに供給された出力データを、３６０°平行投影像に相応するデータを利用し得るように処理し、その際に平行投影像のチャネル数、即ち平行投影像の中にそれぞれ含まれているデータの数は扇状投影像に相応する出力データのチャネルの数よりも大きい。詳細には、この実施例の場合、平行投影像のチャネル数は、出力データのチャネルの数よりもラスタ間隔ａと開口ａｐとの比に少なくとも等しい係数だけ大きい。
【００１７】
これらの平行投影像に相応するデータに基づいて、電子計算装置９が患者４の撮影された断層像を再構築する。
【００１８】
平行投影像への扇状投影像の変換計算は、この実施例の場合には、２つのステップで行われる：
【００１９】
先ず扇状投影像を、方位角方向の内挿により平行投影像に変換内挿する。
【００２０】
続いて半径方向の内挿を、先に説明した方法で高められたチャネル数により行う。
【００２１】
平行投影像のチャネル数が、ラスタ間隔ａと開口ａｐとの比に相当する係数に相応して選ばれているという仮定のもとに、理論的に、跳躍焦点により従来通常の方法で理論的に最大達成可能なサンプリング周波数よりも係数ａ／ａｐだけ大きい最大のサンプリング周波数が生じ、その結果として、理論的に最大達成可能な局部分解能もこの係数だけ従来通常の方法で理論的に最大達成可能な局部分解能に比べて増大する。
【００２２】
ラスタ間隔がａ＝０．１１４ｃｍ、また開口がａｐ＝０．０９７ｃｍであるという仮定のもとに、跳躍焦点を有する従来通常のＣＴ装置における１／０．１１４＝８．７７１ｐ／ｍｍ（ｍｍあたりの直線対ｌｐ）の理論的に最大な局部分解能に相応するρ ₀＝２／０．１１４＝１７．５４１／ｃｍ（ｃｍあたりの直線ｌ）の理論的に最大のサンプリング周波数と比べて、本発明によるＣＴ装置に対して理論的な最大のサンプリング周波数としてρ _max＝２／０．０９７＝２０．６１／ｃｍが１／０．０９７＝１０．３１ｐ／ｍｍの理論的に最大の局部分解能に相応して生ずる。これは１８％の改善に相当する。
【００２３】
実際には前記の理論的に最大達成可能な局部分解能の９５％が達成されるので、９．８ｌｐ／ｃｍの最大の局部分解能が得られる。
【００２４】
局部分解能の示されている値は、高コントラスト分解能、即ち約１０００ＨＵ（Ｈｏｕｎｓｆｉｅｌｄユニット）のコントラスト差に対する値である。
【００２５】
この実施例の場合、計算装置９は半径方向の内挿を既に説明した式（１）に従って実行する。
【００２６】
この内挿フィルタの周波数特性を図３に示す。その周波数軸はρ・ａ／２に正規化されている。図３は、エイリアシング誤差を避けるために、元々のサンプリング周波数ρ ₀＝２／ａの周りの良好な平滑化が望ましいこと、また定数ｃに関し、ｃ＝０．２５の値を有する内挿フィルタを使用する場合には、変換内挿の後に存在する最大のサンプリング周波数ρ _maxの上側の周波数の最良の抑制が達成されることを明らかにする。
【００２７】
像再構築の役割をするデータが前記の方法で電子計算装置９により与えられているならば、電子計算装置がそれ自体は公知の任意の方法、例えばフーリエ法または逆投影法に従って行う像の再構築は、これらのデータに基づいて行われる。
【００２８】
前記の実施例の場合には、１行の検出器システムが設けられている。しかし、本発明に従い多行の検出器システムをＣＴ装置に設けることも可能である。この場合には、各個の検出器行から供給される出力データに関して、前記の方法が適用される。
【００２９】
例えば測定フィールドの縮小のために、Ｘ線束２が検出器要素の一部分のみを利用するように絞られているので、全ての検出器要素を利用しない場合には、全体として存在している検出器要素の数を考慮に入れるのではなく、実際に投影像の撮影の際に利用される検出器要素の数を考慮に入れるべきである。
【００３０】
以上説明した実施例は第３世代のＣＴ装置に関するものである。しかし第４世代のＣＴ装置も本発明に従って構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンピュータトモグラフを一部はブロック回路図により示す図。
【図２】図１によるＣＴ装置の検出器システムの一部分を拡大して示す図。
【図３】図１および２によるＣＴ装置の中に使用可能なフーリエ変換された種々の内挿フィルタの周波数特性図。
【符号の説明】
１Ｘ線源
２Ｘ線束
３検出器システム
３ ₁ないし３ _N 検出器要素
４患者
５患者寝台
６測定フィールド
７回転軸線
８発生器
９計算装置
１０ディスプレイ装置
１１基本架台
１２回転環
１３電動機
１４ ₁₂ないし１４ ₁₅ シンチレーション体
１５ ₁₂ないし１５ ₁₅ フォトダイオード
１６ ₁₂ないし１６ ₁₄ 隔壁
Ｆ ₁、Ｆ ₂ 焦点位置
ａラスタ間隔
ａｐ開口

Claims

投影像を撮影するために検査すべき対象物の周りを動くＸ線源（１）と、２つの端位置の間を往復して動くＸ線源（１）の焦点（Ｆ ₁、Ｆ ₂）から出発する放射を受信するための検出器システム（２）とを含み、この検出器システム（２）が、それぞれ開口（ａｐ）を有し、また隣接する検出器要素（３ ₁ないし３ _N）に対してラスタ間隔（ａ）をおいて配置されている多数の検出器要素（３ ₁ないし３ _N）を有し、これらの検出器要素（３ ₁ないし３ _N）が個々の投影像の撮影の際に、その強さが検出器要素（３ ₁ないし３ _N）までのＸ線の経路で生ずるＸ線減衰に相当し、そしてその数が投影像の撮影に関与する検出器要素（３ ₁ないし３ _N）の数の２倍に相当する出力データを供給し、さらに出力データを、各投影毎の撮影に関与する検出器要素（３ ₁ないし３ _N）の数の２倍よりも大きい複数個のデータを含んでいる像再構築の役割をするデータに変換計算する電子計算装置（９）を含み、この電子計算装置（９）が像再構築の役割をするデータに基づいて像を再構築することを特徴とするＣＴ装置。
前記電子計算装置（９）が出力データを、各投影毎の撮影に関与する検出器要素（３ ₁ないし３ _N）の数の２倍よりもラスタ間隔（ａ）と開口（ａｐ）との比に少なくとも等しい係数だけ大きい複数個のデータを含み、像再構築の役割をするデータに変換計算することを特徴とする請求項１記載のＣＴ装置。
出力データが扇状投影像を表し、また像再構築の役割をするデータが平行投影像を表すことを特徴とする請求項１または２記載のＣＴ装置。
電子計算装置（９）が出力データを、内挿により像再構築の役割をするデータに変換計算することを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載のＣＴ装置。
電子計算装置（９）が内挿を、ラスタ間隔（ａ）の逆数よりも大きいまたはそれに等しい局部周波数を有する信号成分が抑制されるように実行することを特徴とする請求項４記載のＣＴ装置。
電子計算装置（９）が内挿を

に従って実行し、ここでｈ₁は直線的内挿の内挿核であり、

が成り立ち、ｈ₁ ^rは

により定義されており、またβは扇状チャネル角度、Δβはそのインクレメントであることを特徴とする請求項５記載のＣＴ装置。