JP4633321B2 - コンピュータトモグラフによる像の作成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像を作成するために検査対象物の周りを運動するＸ線源を有するコンピュータトモグラフによる検査対象物の像の作成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線源が検査対象物の周りを運動する最中に、検査対象物の投影が行なわれ、これらの投影に対応付けられているデータが像を作成するために使用される。投影が行なわれている最中に検査対象物またはその一部分が運動すると、像は不鮮明な像を生じる運動アーチファクトを有する。この問題は特に、投影が心臓の速い収縮相の期間中に行なわれるときに、心臓または心臓付近の肺構造の撮像の際に生ずる。
【０００３】
まさに心臓または心臓付近の肺構造の撮像の際の運動アーチファクトを少なくとも減ずるために、ドイツ特許出願公開第１９８５４０３９号明細書には、ＣＴ像を発生するために検査すべき生物の身体の周りを動かされるＸ線源を有するＣＴ装置を用いて、静止相または運動相と共に周期的に動かされる身体範囲のＣＴ像発生方法が開示されている。この方法において、投影は、静止相の期間中に取得された投影に対応付けられているデータのみの像再構成のために使用される。
【０００４】
しかし、この方法における欠点は、静止相または運動相と共に周期的に運動する身体範囲の運動に限られていることである。
【０００５】
それに対してハインツ・モルネベルク発行"医用診断のための像形成装置"（パルリシスＭＣＤ出版、ドイツ国エアランゲン市、１９９５年，第１３６および１３７頁）には、検査対象物またはその一部分の非周期的な運動に対しても適している、運動アーチファクトを減ずる方法が記載されている。運動は例えば蠕動、呼吸、振戦または一般に検査対象物またはその一部分の非静止により発生される。
【０００６】
この方法（いわゆるマルチスキャン技術）ではＸ線源が検査対象物の周りを複数回運動し、投影に対応付けられているデータが続いて平均化される。それにより、生起する運動アーチファクトが減ぜられる。この方法の欠点は、検査対象物の周りをＸ線源が複数回運動するために検査対象物が曝されるＸ線線量が高められることである。さらに、検査対象物の運動に対応付けられているデータも像を作成するために使用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、投影が行なわれている最中に検査対象物またはその一部分の必ずしも周期的ではない運動の不利な影響を減ずる条件を達成する装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は、像を作成するために検査対象物の周りを運動するＸ線源を有するコンピュータトモグラフによる検査対象物の像の作成装置であって、像を作成するために使われる多数の投影が検査対象物の周りのＸ線源の少なくとも１回転中に行なわれる装置において、
ａ）２つの半回転における相補性のＸ線のデータの比較を行い、連続する投影の最大偏差を持つ投影角度が位置している半回転内の投影のデータは誤らせられているとみなして、投影の、検査対象物の運動により誤らせられているデータを求める手段と、
ｂ）一方の半回転の投影の、少なくとも検査対象物の運動により誤らせられているデータを他方の半回転におけるそれらの相補性データにより置換する手段と
を含んでいることを特徴とするコンピュータトモグラフによる像の作成装置によって解決される。
【０００９】
すなわち本発明によれば、検査対象物の投影は検査対象物の周りのＸ線源の少なくとも１回転中に行なわれる。続いて、投影に対応付けられ検査対象物の運動により誤らせられているデータが求められ、このデータが続いてそれらの相補性データにより置換される。データおよびそれらの相補性データは例えばパラレルジオメトリでの投影から取得される。データおよびそれらの相補性データに対応付けられている投影は１８０°だけずらされた投影角度を有する。現在のコンピュータトモグラフは一般にファン投影を行なうので、これらから平行投影が補間規則および分類規則（例えば公知のリビニング（Ｒｅｂｉｎｎｉｎｇ法））により初めて発生される。平行投影は種々の時点で測定されたファン投影の測定値から成っている。平行投影の測定時点として例えばその中央チャネルの測定時点を定めることができる。
【００１０】
すなわち本発明による装置の利点として、検査対象物またはその一部分の運動により誤らせられていないデータのみが像の作成に使用される。検査対象物の運動が周期的に行われることも不要である。
【００１１】
誤らせられているデータを求めるために、本発明の実施態様によれば、投影のデータとそれらの相補性データとの偏差が求められ、その偏差が上限値σ_sを超過するとき、データまたはそれらの相補性データが誤らせられているとみなされる。この考察の背景は、投影のデータとそれらの相補性データとは不動の検査対象物の際には等しいことである。すなわち投影のデータとそれらの相補性データとの偏差は検査対象物の運動に対する尺度である。
【００１２】
本発明の好ましい実施態様によれば、投影に平行座標が対応付けられ、投影のデータとそれらの相補性データとの偏差が、
ａ）投影のデータとそれらの相補性データとの差信号ΔＳ₁（θ，ｐ）を、０とπとの間の各投影角度（θ）および各チャネルｐ∈〔−Ｐ，Ｐ〕に対して次の式
ΔＳ₁（θ，ｐ）＝Ｓ（θ，ｐ）−Ｓ（θ＋π，−ｐ） （１）
（ここで信号Ｓ（θ，ｐ）は０とπとの間の投影角度（θ）に、信号Ｓ（θ＋π，−ｐ）はそれらの相補性データに対応付けられている）
により計算することと、
ｂ）偏差を、チャネルｐ∈〔Ｐ_s，Ｐ_e〕にわたる０とπとの間の各投影角度（θ）に対するΔＳ₁（θ，ｐ）の標準偏差σ₁（θ）として次の式
σ₁（θ）＝σ_p｛ΔＳ₁（θ，ｐ）｝ （２）
（ここで〔Ｐ_s，Ｐ_e〕⊂〔−Ｐ，Ｐ〕）
により計算することと
により求められる。
【００１３】
すなわち本発明によれば、差信号ΔＳ₁（θ，ｐ）が０とπとの間の各投影角度θに対して、および各チャネルｐ∈〔−Ｐ，Ｐ〕に対して形成される。続いて差信号ΔＳ₁（θ，ｐ）の標準偏差σ₁（θ）が形成される。標準偏差σ₁（θ）は本発明によればすべてのチャネルｐ∈〔−Ｐ，Ｐ〕にわたって形成され得る。投影のデータが検査対象物の運動により誤らせられている場合、この投影のすべてのデータがそれらの相補性データにより置換される。しかし標準偏差σ₁（θ）はチャネルｐの部分範囲〔Ｐ_s，Ｐ_e〕にわたっても形成され得る。次いで特に局部的に限られた運動アーチファクト（すなわち検査対象物の部分範囲の運動）が発見され、それにより投影の誤らせられているデータが局限される。これにより、投影の、検査対象物の部分運動により誤らせられているデータのみをそれらの相補性データにより置換することが可能である。
【００１４】
しかし、投影のデータとそれらの相補性データとの偏差を求めることにより、投影のデータまたはそれらの相補性データが検査対象物の運動により誤らせられているか否かは認識され得ない。すなわち、誤らせられているデータが０とπとの間の投影角度θまたはπと２πとの間の投影角度θに対応付けられているかどうかの別の対応付けが必要である。従って、本発明の実施態様によれば、投影のデータとその後続の投影のデータとの偏差が、Ｘ線源の少なくとも１回転に対応付けられているすべての投影角度θに対して求められ、偏差の最大偏差に相当する投影角度θ_maxが求められ、投影角度θ_maxが０とπとの間に位置する場合、誤らせられているデータが０とπとの間の投影角度θに対応付けられ、投影角度θ_maxがπと２πとの間に位置する場合、誤らせられているデータがπと２πとの間の投影角度θに対応付けられる。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様によれば、投影に平行座標が対応付けられ、投影のデータとそれらの相補性データとの偏差が、
ａ）投影のデータとその後続の投影のデータとの差信号ΔＳ₂（θ，ｐ）を、Δθと２πとの間の各投影角度（θ）および各チャネルｐ∈〔−Ｐ，Ｐ〕（ここで投影の投影角度（θ）およびその後続の投影はΔθだけ異なる）に対して次の式
ΔＳ₂（θ，ｐ）＝Ｓ（θ，ｐ）−Ｓ（θ−Δθ，ｐ） （３）
に従って計算することと、
ｂ）偏差を、チャネルｐ∈〔−Ｐ，Ｐ〕にわたるΔθと２πとの間の各投影角度（θ）に対する差信号ΔＳ₂（θ，ｐ）の標準偏差σ₂（θ）として次の式
σ₂（θ）＝σ_p｛ΔＳ₂（θ，ｐ）｝ （４）
により計算することと
により求められる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明を実施例を示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１に概要を示されているコンピュータトモグラフは、ファン状のＸ線束２を送り出すＸ線源１と、５１２個の個別検出器を含んでいる検出器行から成っている検出器３とを有する。Ｘ線束２が出発するＸ線源１の焦点は参照符号４を付されている。検査対象物（図示されている実施例の場合には患者）は寝台６上に載っている。この寝台６はガントリ８の測定開口７を通って延びている。
【００１８】
Ｘ線源１と検出器３とはガントリ８に互いに向かい合って取付けられている。ガントリ８は参照符号ｚを付されているコンピュータトモグラフのｚ軸線（つまりシステム軸線）の周りに回転可能に支えられており、θ方向に患者５を走査するために参照符号θを付されている矢印の方向にｚ軸線の周りを少なくとも３６０°（２π）に等しい角度だけ回転される。その際に、発生器装置９により駆動されるＸ線源１から出発するＸ線束２が円形断面の測定領域１０を捕捉する。Ｘ線源１の焦点４はｚ軸線上に位置している回転中心の周りに円形に湾曲されている焦点軌道１５上を運動する。
【００１９】
Ｘ線源１と検出器３との予め定められた角度位置（いわゆる投影角度θ）において測定値がいわゆる投影の形態で取得され、相応のデータが検出器３から電子計算装置１１に到達する。この実施例の場合、Ｘ線源１および検出器３は図１に示されているように投影角度θ＝０に合わされており、すなわちＸ線源１と検出器３とは互いに垂直に向けられており、Ｘ線源１は検出器３の上側に合わされている。さらにＸ線源１と検出器３とは患者５の周りを矢印θの方向に運動するので、この実施例の場合には全体で１５００回の投影が患者５の周りの１回転中に種々の投影角度θにより行なわれる。２つの後続の投影の間の投影角度θは角度Δθだけ相違する。
【００２０】
ガントリ８に付設されている駆動装置１３がガントリ８の１回転に対して十分であるだけでなく、ガントリ８を連続的に回転させることができ、さらに寝台６、従って患者５とＸ線源１および検出器３を有するガントリ８との間のｚ方向への相対的なシフトを可能にする別の駆動装置が設けられている場合、いわゆるらせん走査も実行できる。
【００２１】
この実施例の場合には計算装置１１が投影に対応付けられているデータから平行投影を公知のリビニング法により計算する。これらの平行投影から計算装置１１が第１の作動モードで一般に知られているように投影により捕捉された患者５の層の像を作成し、これらの像がモニタ１２上に再現される。このような像が例として図２に示されている。この像は３６０°（２π）の投影角度範囲にわたる１５００回の平行投影を有するいわゆる標準シーケンス技術での患者５の頸椎柱の撮像を示す。この実施例の場合、図２に示されている像は患者５の部分運動に基づいて、図２に示されている像のなかに重畳表示されている長方形２０により囲まれている運動アーチファクトを有する。
【００２２】
計算装置１１に接続されているキーボード１９により能動化され得る第１の作動モードで、計算装置１１が本発明による装置に基づいて像を作成する。
【００２３】
この実施例の場合、計算装置１１が０とπとの間の各投影角度θおよび検出器３の各チャネルｐに対するリビニング法により発生された平行投影から適当なコンピュータプログラムにより差信号ΔＳ₁（θ，ｐ）を
ΔＳ₁（θ，ｐ）＝Ｓ（θ，ｐ）−Ｓ（θ＋π，−ｐ） （１）
（ここで信号Ｓ（θ，ｐ）は０とπとの間の投影角度（θ）に、信号Ｓ（θ＋π，−ｐ）はそれらの相補性データに対応付けられている）
により計算する。
【００２４】
続いて計算装置１１がコンピュータプログラムにより検出器３のすべてのチャネルｐにわたる各投影角度θに対する差信号ΔＳ₁（θ，ｐ）の標準偏差σ₁（θ）を
σ₁（θ）＝σ_p｛ΔＳ₁（θ，ｐ）｝ （２）
により計算する。
【００２５】
その後に計算装置１１がコンピュータプログラムにより各投影角度θに対する標準偏差σ₁（θ）を上限値σ_sと比較する。標準偏差σ₁（θ）が上限値σ_sを超過すると、投影角度θを有する投影のデータまたはそれらの相補性データは誤らせられているとみなされる。それにより計算装置１１がコンピュータプログラムにより、これらの投影に対応付けられているデータが患者５の運動に基づいて誤らせられていることによって、投影角度範囲θ₁〜θ₂を認識する。
【００２６】
しかし式（１）、（２）は、患者５の運動により誤らせられているデータが０〜πの投影角度範囲に対応付けられているか、π〜２πの投影角度範囲に対応付けられているかについての知識をまだ与えない。すなわち式（１）、（２）は、〔θ₁，θ₂〕⊂〔π，２π〕であるか〔θ₁，θ₂〕⊂〔０，π〕であるかについての知識を与えない。従って、計算装置１１がコンピュータプログラムにより、Δθと２πとの間の各投影角度および各チャネルｐに対して投影のデータとその後続の投影のデータとの差信号ΔＳ₂（θ，ｐ）を計算する。投影およびその後続の投影の投影角度θはΔθだけ異なる。差信号ΔＳ₂（θ，ｐ）は
ΔＳ₂（θ，ｐ）＝Ｓ（θ，ｐ）−Ｓ（θ−Δθ，ｐ） （３）
に従って計算される。
【００２７】
続いて計算装置１１がコンピュータプログラムにより、すべてのチャネルにわたってΔθと２πとの間の各投影角度θに対する差信号ΔＳ₂（θ，ｐ）の別の標準偏差σ₂（θ）を
σ₂（θ）＝σ_p｛ΔＳ₂（θ，ｐ）｝ （４）
により計算する。
【００２８】
Δθと２πとの間の各投影角度θに対する計算された標準偏差σ₂（θ）から計算装置１１が、標準偏差σ₂（θ）が最大である投影角度θ_maxを求める。いまθ_maxが０とπとの間に位置しているならば、０とπとの間の投影角度θに対するデータは誤らせられている。従って、投影角度範囲〔θ₁，θ₂〕⊂〔０，π〕のなかのデータはθ_max∈〔０，π〕のとき誤らせられており、または投影角度範囲〔θ₁，θ₂〕⊂〔π，２π〕のなかのデータはθ_max∈〔π，２π〕のとき誤らせられている。
【００２９】
続いて、誤らせられている投影のデータがそれらの相補性データにより置換される。θ_max∈〔０，π〕であれば、信号Ｓ（θ，ｐ）は信号Ｓ（θ＋π，−ｐ）により置換され、θ_max∈〔π，２π〕であれば、信号Ｓ（θ，ｐ）は信号Ｓ（θ，ｐ）により置換される。その際にθ∈（〔θ₁，θ₂〕 モジュロπ）である。
【００３０】
図３は本発明による装置に基づいて作成された像の例を示す。図３に示されている像は図２に示されている像に相当するが、患者５の運動により誤らせられているデータはそれらの相補性データにより式５に従って置換された。さらに図３に示されている像は追加的に、投影のデータとそれらの相補性データとの重み付けされた平均値が形成されることによって、誤らせられているデータと誤らせられていないデータとの間の直線的な移行範囲のなかで４０回の投影により、またすべてのチャネルにわたって補正された。
【００３１】
この実施例の場合にはさらに別の作動モードが用意されており、それに基づいて計算装置１１が適当なコンピュータプログラムにより、コンピュータトモグラフにより撮像された像から差像を計算する。一方の像に対しては本発明による装置が応用されず、他方の像に対しては本発明による装置が応用される。この差像は患者５の運動の運動成分に相当する。続いて計算装置１１がコンピュータプログラムにより、この差像を、本発明による装置により作成されなかった像に加算する。こうして生じた像は運動成分を強く描写する。図２、３に示されている像により作成されたこのような像が図４に示されている。
【００３２】
この装置により３つの像のシーケンスが発生される。第１の像は運動成分無しであり（図３に示されている像を参照）、第２の像は運動成分有りであり（図２に示されている像を参照）、第３の像は運動成分に限られている（図４に示されている像を参照）。これらの３つの像の速い連続で患者５の運動が表示可能である。
【００３３】
患者５の特に局部的に限られた運動を捕捉し、投影のそれにより誤らせられているデータを局限するために、別の作動モードでは標準偏差σ₁（θ）が検出器３のチャネルｐの部分範囲〔Ｐ_s，Ｐ_e〕にわたってのみ求められる。こうして投影のチャネルの患者５の運動により誤らせられている部分範囲のみが求められる。この部分範囲は投影毎に変動し得る。それにより、例えば大動脈脈動のような局部的に限られた運動アーチファクトの際に補正が非常に小さい範囲に限られ、最適な量子利用が達成される。
【００３４】
本発明による装置が一行の検出器３を有するコンピュータトモグラフにより説明された。本発明による装置は多行の検出器３を有するコンピュータトモグラフに対しても応用可能である。この場合、必要であれば、患者５の多くの層が同時に撮像される。その際には投影角度θあたり能動化された検出器行が投影の数に相応する数の投影が撮像される。
【００３５】
検査対象物は必ずしも患者５でなくてもよい。本発明による装置は動物または物品に対しても応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による装置に適したコンピュータトモグラフの概略図
【図２】 運動アーチファクトを有する像を示す図
【図３】 本発明による装置により作成された像を示す図
【図４】 運動を強く描写する像を示す図
【符号の説明】
１ Ｘ線源
２ Ｘ線束
３ 検出器
４ 焦点
５ 患者
６ 寝台
７ 測定開口
８ ガントリ
９ 発生器装置
１０ 測定領域
１１ 計算装置
１２ モニタ
１３ 駆動装置
１５ 焦点軌道
１９ キーボード
２０ 長方形
θ 投影角度

Claims (5)

1. 像を作成するために検査対象物（５）の周りを運動するＸ線源（１）を有するコンピュータトモグラフによる検査対象物の像の作成装置であって、像を作成するために使われる多数の投影が検査対象物（５）の周りのＸ線源（１）の少なくとも１回転中に行なわれる装置において、
   ａ）２つの半回転（０〜π、π〜２π）における相補性のＸ線のデータの比較を行い、連続する投影の最大偏差を持つ投影角度（θ _max ）が位置している半回転内の投影のデータは誤らせられているとみなして、投影の、検査対象物（５）の運動により誤らせられているデータを求める手段と、
   ｂ）一方の半回転の投影の、少なくとも検査対象物（５）の運動により誤らせられているデータを他方の半回転におけるそれらの相補性データにより置換する手段と
   を含んでいることを特徴とするコンピュータトモグラフによる像の作成装置。
2. 誤らせられているデータを求めるために投影のデータとそれらの相補性データとの偏差が求められ、その偏差が上限値σ_sを超過するとき、データまたはそれらの相補性データが誤らせられているとみなされることを特徴とする請求項１記載の像の作成装置。
3. 投影に平行座標が対応付けられ、投影のデータとそれらの相補性データとの偏差が、
   ａ）投影のデータとそれらの相補性データとの差信号ΔＳ₁（θ，ｐ）を、０とπとの間の各投影角度（θ）および各チャネルｐ∈〔−Ｐ，Ｐ〕に対して次の式
   ΔＳ₁（θ，ｐ）＝Ｓ（θ，ｐ）−Ｓ（θ＋π，−ｐ） （１）
   （ここで信号Ｓ（θ，ｐ）は０とπとの間の投影角度（θ）に、信号Ｓ（θ＋π，−ｐ）はそれらの相補性データに対応付けられている）
   により計算し、
   ｂ）偏差を、チャネルｐ∈〔Ｐ_s，Ｐ_e〕にわたる０とπとの間の各投影角度（θ）に対する差信号ΔＳ₁（θ，ｐ）の標準偏差σ₁（θ）として次の式
   σ₁（θ）＝σ_p｛ΔＳ₁（θ，ｐ）｝ （２）
   （ここで〔Ｐ_s，Ｐ_e〕⊂〔−Ｐ，Ｐ〕）
   により計算する
   ことによって求められることを特徴とする請求項２記載の像の作成装置。
4. 投影のデータとその後続の投影のデータとの偏差が、Ｘ線源（１）の少なくとも１回転に対応付けられているすべての投影角度（θ）に対して求められ、偏差の最大偏差に相当する投影角度θ_maxが求められ、投影角度θ_maxが０とπとの間に位置する場合、誤らせられているデータが０とπとの間の投影角度（θ）に対応付けられ、投影角度θ_maxがπと２πとの間に位置する場合、誤らせられているデータがπと２πとの間の投影角度（θ）に対応付けられることを特徴とする請求項２または３記載の像の作成装置。
5. 投影に平行座標が対応付けら、投影のデータとそれらの相補性データとの偏差が、
   ａ）投影のデータとその後続の投影のデータとの差信号ΔＳ₂（θ，ｐ）を、Δθと２πとの間の各投影角度（θ）および各チャネルｐ∈〔−Ｐ，Ｐ〕（ここで投影の投影角度（θ）およびその後続の投影はΔθだけ異なる）に対して次の式
   ΔＳ₂（θ，ｐ）＝Ｓ（θ，ｐ）−Ｓ（θ−Δθ，ｐ）に従って計算し、
   ｂ）偏差を、チャネルｐ∈〔−Ｐ，Ｐ〕にわたるΔθと２πとの間の各投影角度（θ）に対する差信号ΔＳ₂（θ，ｐ）の標準偏差σ₂（θ）として次の式
   σ₂（θ）＝σ_p｛ΔＳ₂（θ，ｐ）｝
   により計算する
   ことによって求められることを特徴とする請求項４記載の像の作成装置。

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