JP4698780B2 - 像再構成方法及び測定データ取得方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、或る回転数で回転軸線の周りを回転する保持体の上に配置されている検出器ユニットを用いた、周期的に運動する対象物の像再構成方法、及び測定データ取得方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術では心臓の測定データセットは一般に、回転軸線に対して直角に配置されている単一の検出器行を有する検出器ユニットにより取得される。保持体の回転中に検出器行により多数の回転角度において測定データセットが取得される。同時にＥＫＧ信号が一緒に記録される。ＥＫＧ信号により回転角度および心臓位相の対応付けが達成される。静止位相で取得された測定データセットにより次いで像再構成が行われる。その後に患者が断片だけ回転軸線に対して平行にずらされ、新しい測定データセットが取得される。
【０００３】
しかし通常の回転速度（最大１２０回転／分）では、この方法によって、人間の心臓を、患者がその呼吸を停止し得る時間中に、すなわち呼吸停止時間中に全体としてトモグラフィ的に取得することはできない。
【０００４】
患者を保持体の回転中に連続的にずらし（いわゆる渦巻走査）、同じく連続的に測定データセット（いわゆる渦巻データ）を取得することも知られている。この場合にも非常に速く限界に突き当たる。すべてのずらし位置またはシフト位置が心臓の静止位相中に取得された測定データから再構成され得ない。従って、予め定められたずらし‐またはシフト位置での渦巻データの内挿の際に、心臓の静止位相で測定された渦巻回転から内挿することが必要である。このことは内挿幅を明らかに高くし、その結果として達成可能な鋭さを著しく減じ得る。
【０００５】
対象物の像をすべてのずらし位置において再構成することは確かに原理的には可能である。しかし、心臓が拍動位相にあったずらし位置においては質的に劣った像しか得られない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来通常のコンピュータトモグラフによっても周期的に運動する対象物の質的に高い像を時間的に高い分解能で取得可能かつ再構成可能である像再構成方法を提供することである。
【０００７】
対象物の周期的な運動が運動位相および静止位相を有するならば、つまり対象物が１つの運動位相と１つの静止位相とから成る運動を周期的に繰り返すならば、この課題は、本発明によれば、
検出器ユニットが少なくとも最初の検出器行および最後の検出器行を有し、検出器行が回転軸線に対して少なくともほぼ直角に延び、
各静止位相の存在が求められ、少なくとも各静止位相中に多数の回転角度において回転角度ごとに検出器行によりそれぞれ同時にその都度の回転角度に対応付けられている各測定データセットが取得され、
各静止位相の継続時間が決定され、回転数は、保持体が各静止位相中に、少なくとも対象物の像を再構成するために必要な再構成角度範囲と同じくらいの大きさの回転角度だけ回転するように選定され、
測定データセットから三次元の逆投影アルゴリズムを用いて対象物の像が再構成されることにより解決される。
【０００８】
すなわちこの場合には一方では静止位相中に測定データセットが、対象物の再構成が可能であるように大きい連続的な回転角度範囲のなかで取得される。他方では三次元の逆投影アルゴリズムの使用により再構成された像の質が顕著に高められる。最後に多行の検出器ユニットの使用により取得時間が顕著に短縮される。次の対策手段
・多行の検出器ユニット、
・静止位相での測定データセットの取得、
・回転数の適当な選択および
・三次元の逆投影アルゴリズムの使用
の組み合わせにより、対象物の質的に高い像が取得かつ再構成され得る。
【０００９】
この像再構成方法は好ましくは、対象物が人間の心臓であるときに使用される。人間の心臓の静止位相の存在および静止位相の継続時間を決定するためその際に好ましくは人間の心臓の心電図が一緒に取得される。
【００１０】
それに対して、対象物の周期的な運動が静止位相を有していない、または短い静止位相しか有していないならば、または対象物の撮像が運動位相中に行われなければならないならば、前記の課題は、
検出器ユニットが少なくとも１つの最初の検出器行および最後の検出器行を有し、検出器行が回転軸線に対して少なくともほぼ直角に延び、
複数個の周期中に多数の回転角度において回転角度ごとに検出器行によりそれぞれ同時にその都度の回転角度に対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
対象物の周期的な運動のそれぞれ位相基準点を有する位相範囲の存在が求められ、測定データセットが少なくともこのような位相範囲中に取得され、
位相範囲の継続時間が求められ、周期の数と位相範囲中に掃過される位相角度範囲とからの積が少なくとも対象物の像を再構成するために必要な再構成角度範囲に相当し、
測定データセットから三次元の逆投影アルゴリズムを用いて対象物の像が再構成される
ことにより解決される。
【００１１】
この像再構成方法は好ましくは、対象物が人間の心臓であり、位相範囲が人間の心臓の拍動位相のなかに位置しているときに使用される。位相範囲を決定するため好ましくは再び人間の心臓の心電図が一緒に取得される。
【００１２】
対象物が位相範囲中しか透過照射されないようにＸ線源が心電図によりトリガーされるならば、検査される患者は特に低いＸ線量により負荷される。
【００１３】
保持体の回転数が、直接に相い続く回転角度の測定データセットが同一の位相範囲中もしくは直接に後に続く周期の位相範囲中に取得されるように選定されるならば、特に簡単な像再構成が行われ得る。それに対して、保持体の回転数が可能なかぎり高く選定されるならば、検査される患者はより低いＸ線量により負荷される。
【００１４】
像再構成のために十分に大きい全体測定データセットの構成はたとえば
位相範囲ごとに位相範囲中に取得された測定データセットが各１つの回転角度群に統合され、
各々の回転角度群に対して位相基準点と対応する基準角度が決定され、
回転角度ごとに、基準角度が最大でその都度の回転角度と同じ大きさである回転角度群が決定され、
こうして決定された回転角度群のなかで、その都度の回転角度とその都度の基準角度との間の差が最小である回転角度群の測定データセットが対象物を再構成するために利用される
ことにより行われ得る。
【００１５】
代替的に全体測定データセットは、
再構成角度範囲が、各部分角度範囲基準角度を有する複数個の等しい大きさの部分角度範囲に分割され、
位相範囲ごとに、位相範囲中に取得された測定データセットが各回転角度群に統合され、
各々の回転角度群に対して位相基準点と対応する基準角度が決定され、
部分角度範囲ごとに、その都度の部分角度範囲基準角度とその都度の基準角度との間の差の絶対値が最小である回転角度群の測定データセットが対象物を再構成するために利用される
ことにより構成され得る。
【００１６】
回転角度群から他の回転角度群への切換わりの際に測定データセットが重なり範囲のなかで重み付けされて重ね合わされるならば、より高い像質が達成可能である。
【００１７】
検査が渦巻走査の形態で行われるならば、
検出器ユニットが少なくとも最初の検出器行および最後の検出器行を有し、検出器行が回転軸線に対して少なくともほぼ直角に延び、回転軸線に対して平行に検出器高さだけ互いに間隔をおかれ、
対象物が送り速度ｖで回転軸線に沿って保持体に対して相対的にずらされ、保持体が回転数ｎで回転軸線の周りを回転し、
各静止位相の存在が求められ、少なくとも各静止位相中に多数の回転角度において回転角度ごとに検出器行によりそれぞれ同時にその都度の回転角度に対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
各静止位相の継続時間が決定され、回転数ｎは、保持体が各静止位相中に、少なくとも対象物の像を再構成するために必要な再構成角度範囲と同じくらいの大きさの回転角度だけ回転するように選定され、
送り速度は、対象物が１つの運動位相および２つの再構成時間の和の間に最大で検出器高さだけ回転軸線に沿ってずらされるように選ばれ、
再構成時間が再構成角度範囲を掃過するために必要な時間である。
【００１８】
すなわちこの場合には静止位相中に測定データセットが、この静止位相のなかでとられた各々のシフト位置またはずらし位置に対する検出器行の間のそれ自体は公知の内挿により対象物の再構成がコンピュータトモグラフで一般に知られている逆投影アルゴリズムにより可能であるように大きい連続的な回転速度範囲のなかで取得され得る。運動位相中に、後続の静止位相でとられるずらし位置がその前にとられたずらし位置に継ぎ目なしにつながるように、対象物の過度に大きくない送りが行われる。次の対策手段
・多行の検出器ユニット、
・静止位相での測定データセットの取得および
・送り速度および回転数の適当な選択
の組み合わせにより、対象物の質的に高い像が取得され、一般に知られている仕方で再構成され得る。
【００１９】
それに対して、対象物の周期的な運動が静止位相を有していない、または短い静止位相しか有していないならば、または対象物の撮像が運動位相中に行われなければならないならば、代替的に渦巻走査に対して、
検出器ユニットが少なくとも１つの最初の検出器行および最後の検出器行を有し、検出器行が回転軸線に対して少なくともほぼ直角に延びており、回転軸線に対して平行に検出器高さだけ互いに間隔をおかれ、
対象物が送り速度で回転軸線に沿って保持体に対して相対的にずらされ、保持体が回転数で回転軸線の周りを回転し、
多数の回転角度において回転角度ごとに検出器行によりそれぞれ同時にその都度の回転角度に対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
対象物の周期的な運動のそれぞれ位相基準点を有する位相範囲の存在が求められ、測定データセットが少なくともこのような位相範囲中に取得され、
送り速度は、対象物が検出器高さだけの送り中に複数個の周期を通過するように選定され、
位相範囲の継続時間が求められ、周期の数と位相範囲中に掃過される位相角度範囲とからの積が少なくとも対象物の像を再構成するために必要な再構成角度範囲に相当する。
【００２０】
この測定データ取得方法は好ましくは、対象物が人間の心臓であり、位相範囲が人間の心臓の拍動位相のなかに位置しているときに使用される。位相範囲を決定するため好ましくは再び人間の心臓の心電図が一緒に取得される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
他の利点および詳細はその他の請求項および図面と結び付けての実施例の以下の説明から明らかになる。
【００２２】
図１および２には本発明による方法を実施するためのコンピュータトモグラフの概要が示されている。
【００２３】
コンピュータトモグラフは、Ｘ線束１８を送り出すＸ線源１と、回転軸線６の方向に相い続いている個別検出器、たとえばそれぞれ５１２の個別検出器の多くの行から構成されている検出器ユニット２とから成る測定ユニットを有する。Ｘ線束１８が出発するＸ線源１の焦点は参照符号２４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８は寝台２０の上に載っている。この寝台は環状の保持体７、いわゆるガントリの測定開口２１を通って延びている。
【００２４】
検出器ユニット２は図３に示されているように最初の検出器行３および最後の検出器行４を有する。最初の検出器行３と最後の検出器行４との間に、図示されているように、１つまたはそれ以上の別の検出器行５が配置されていてよい。
【００２５】
検出器行３〜５は、矢印Ａにより示されているように、回転軸線６に対して直角に延びている。回転軸線６に対して平行に最初の検出器行３および最後の検出器行４が検出器高さＤだけ互いに間隔をおかれている。その際に検出器高さＤは行中央から行中央へと測定される。
【００２６】
保持体７にはＸ線源１および検出器ユニット２が、Ｘ線源から出発するＸ線束１８が検出器ユニット２に当たるように、互いに向かい合って取付けられている。保持体７は、システム軸線をなすコンピュータトモグラフの回転軸線６の周りに回転可能に支えられており、患者８を走査するために回転数ｎで回転軸線６の周りを回転する。その際に発生器装置２２により作動させられるＸ線源１から出発するＸ線束１８が円形断面の測定領域を捕捉する。Ｘ線源１の焦点２４は回転軸線６の上に位置している回転中心の周りに円形に湾曲する焦点軌道２５の上を運動する。
【００２７】
Ｘ線束１８は患者８を透過照射し、検出器ユニット２に到着したＸ線は回転中に多数の回転角度αにおいて検出され、また各１つの測定データセットに統合される。すなわち測定データセットは、検出器ユニット３〜５により回転角度αにおいて同時に検出され，この回転角度αに対応付けられる測定データの全体である。
【００２８】
検出器ユニット２からコンピュータ３１に到達する取得された測定データセットの全体から、これが検査すべき対象物の像を再構成し、またこれをモニター１９の上に表示する。
【００２９】
保持体７に対応付けられている駆動部２６は、前記のように、保持体７を連続的に回転させるのに適している。さらに、一方では支台２０、従って患者８、他方では回転軸線６の方向の測定ユニット１、２を有する保持体７の相対的シフトを可能にする図面には示されていない別の駆動部が設けられている。
【００３０】
すなわち患者８の三次元の範囲を走査する可能性が存在する。
【００３１】
このことは一方ではいわゆる順次走査の形態で行われ得る。この順次走査の際には、それぞれ回転軸線６の方向の延びが検出器高さＤに相当する患者８の範囲が走査され、また続いて支台２０が回転軸線６の方向に検出器高さＤに相当する寸法だけずらされ、その上で患者８が新たに走査される。この過程は、患者８のそれぞれ関心のある範囲が完全に走査されるまで、繰り返される。
【００３２】
他方では渦巻走査を行うことも可能である。この渦巻走査の際には、患者８の三次元の範囲が、測定ユニット１、２を有する保持体７が連続的に回転し、同時に支台２０および保持体７の相対的ずらしが回転軸線６の方向に送り速度ｖで行われることによって、走査される。
【００３３】
患者８の心臓または心臓活動のリズムで動かされる身体範囲の検査を行うために図１および２によるコンピュータトモグラフはさらにそれ自体は公知の心電計２７を有する。この心電計は電極（そのうちの１つが図２中に示されており、また参照符号２８を付されている）を介して患者８と接続され、またコンピュータトモグラフによる検査と平行して患者８の心電図（ＥＫＧ）を捕捉する役割をする。ＥＫＧ信号に相当する好ましくはディジタルのデータはコンピュータ３１に供給される。このコンピュータはこれらのデータを評価し、また必要の際にはＥＫＧ曲線としてモニター１９の上に指示する。
【００３４】
心電計２７の電極は可能なかぎり、患者８の検査を阻害しないように患者８の身体に取付けられている。
【００３５】
コンピュータ３１には、コンピュータトモグラフの操作を可能にするキーボード２９およびマウス３０が接続されている。
【００３６】
検査される対象物の有意義な像を再構成し得るためには、再構成角度範囲βにわたって延びている相い続く回転角度αでの測定データセットが必要である。再構成角度範囲βは少なくとも１８０°のオーダーである。
【００３７】
患者８の静止可能な身体部分をトモグラフィ的に撮像すればよいのであれば、測定データセットの取得に取るに足るほどの問題はない。それに対して、周期的に運動する対象物の測定データセットの取得は臨界的である。このような対象物の一例は、図１中に概要を示されている人間の心臓９である。
【００３８】
周知のように人間の心臓９は本質的に周期的な運動を行う。その際に周期的な運動は、静止位相または弛緩位相と運動位相または拍動位相とが交互に現れる列から成っている。弛緩位相は通常５００ｍｓ〜８００ｍｓの継続時間を有し、また拍動位相は２００〜２５０ｍｓの継続時間を有する。
【００３９】
保持体７の回転数ｎは通常４５〜１２０回転／分である。回転数ｎを心臓９の弛緩位相の継続時間と比較することにより、こうして、保持体７が心臓９の弛緩位相中に１３５°（４５回転／分の際に５００ｍｓ）〜５７６°（１２０回転／分の際に８００ｍｓ）の回転角度γだけ回転することを容易に確かめ得る。
【００４０】
回転数ｎが十分に高く選ばれるならば、保持体７は静止位相中に、対象物９を再構成するために必要な再構成角度範囲βよりも大きい回転角度γだけ回転する。こうして、心臓９が撮像された範囲で再構成され得るように心臓９の静止位相中に完全な測定データセットを取得することが可能である。
【００４１】
順次走査を行う際には患者８はそれぞれ必要な測定データセットの取得の後に回転軸線６に対して平行に送り距離だけずらされる。その際に送り距離は検出器高さＤと同じくらいの大きさである。心臓９のすぐ次の静止位相で次いで新しい測定データセットが取得される。この進行経過は、患者８の心臓９全体がトモグラフィ的に撮像されるまで繰り返される。
【００４２】
取得された測定データセットの全体から心臓９の像が再構成される。しかし多行の検出器ユニット２の使用に基づいてＸ線は心臓９を部分的に保持体７に対して角度で貫通している。コンピュータトモグラフィで一般に知られている二次元の逆投影アルゴリズムによる心臓９の像の再構成はこうして系統的な誤りに通ずる。従って、この誤りを避けるため、心臓９の像は測定データセットから三次元の逆投影アルゴリズムにより再構成される。このような逆投影アルゴリズムはたとえばL.A.Feldkamp,L.C.DavisおよびJ.W.Kress によりＯｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ会誌Ａ、第１巻、第６号、第６１２〜６１９頁（ＪＯＳＡ Ａ、１／１９８４、第６号、第６１２〜６１９頁）に発表されている。
【００４３】
既に述べたように、人間の心臓９の静止位相を決定するために、人間の心臓９の心電図１０が一緒に取得される。場合によっては心電図１０は、人間の心臓９の静止位相１３中のみＸ線を放射するようにＸ線源１、たとえばＸ線管を相応にトリガーするためにも利用され得る。この場合には患者８の放射線負荷が軽減され得る。さらにこの測定データ取得方法の際には保持体７が最高可能な回転数ｎで回転すべきであろう。
【００４４】
以上に説明した方法は、人間の心臓９が拍動位相１２のなかに位置している位相範囲１６中に撮像されなければならないときには、もはや応用可能でない。なぜならば、位相範囲１６は再構成時間Ｔよりも著しく短い継続時間を有するからである。位相範囲１６はたとえば５０ｍｓの継続時間を有し得る。この時間中に保持体７は１２０回転／分の回転数の際にも３６°、すなわち最小の再構成角度範囲βの５分の１しか回転しない。それにもかかわらず等しいコンピュータトモグラフにより心臓９はこの位相範囲１６のなかで撮像され得る。これは下記のように行われる：
【００４５】
前記のように多数の回転角度αにおいて検出器行３〜５によりそれぞれ同時にその都度の回転角度αに対応付けられている測定データセットが取得される。測定データセットはその際に少なくとも心臓９の周期的運動の位相範囲１６中は取得される。心臓９は複数個の周期を通過する。その際に周期の数は、周期の数と位相角度範囲δとの積が少なくとも再構成角度範囲βに相当しなければならないという条件から生ずる。その際に位相角度範囲δは、保持体７により位相範囲１６の継続時間中に掃過される角度である。安全のために周期の数は周期の最小数の１．５〜２倍の大きさであるべきであろう。保持体７はたとえば、典型的に１０〜２０回の回転を行う。これらの回転中に人間の心臓９は約５〜２０回の拍動をする。すなわち５〜２０の周期が通過される。
【００４６】
たとえば図４では、位相範囲１６が５０ｍｓの継続時間を有し、保持体７が１２０回転／分の回転数ｎで回転することが仮定されている。これらの仮定により保持体７は位相範囲１６中に位相角度範囲δ＝３６°を掃過する。すなわち、再構成角度範囲βが１８０°であるという別の仮定のもとでは心臓９の少なくとも５つ、一層良くは８〜１０の拍動位相１２が通過されなければならない。すなわち、人間の心臓９が８０拍動／分のパルスにより拍動するという仮定のもとで、保持体７は完全な回転を少なくとも７．５回、一層良くは１２〜１５回行わなければならない。
【００４７】
通常の場合には保持体７は、可能なかぎり高く選ばれている回転数ｎで回転すべきであろう。しかし、事情によっては、回転数ｎをより低く選ぶことが望ましいこともあり得る。これは特に、心臓９の運動が厳密に周期的であるときに当てはまる。この場合には保持体７の回転数ｎは好ましくは、直接に相い続く回転角度αの測定データセットが同一の位相範囲１６中もしくは直後に続く周期の位相範囲１６中に取得されるように選ばれる。
【００４８】
従ってたとえば、８０／分の一定（不変）の心拍数および５０ｍｓの継続時間を有する位相範囲１６の仮定のもとに、好ましくは７００ｍｓのうちに保持体７の完全な回転が行われる。
【００４９】
位相範囲１６の位置は再び、像データセットと一緒に取得される心電図１０から決定される。位相範囲１６の位置はその際に原理的に任意である。位相範囲１６はたとえば心臓の静止位相のなかに位置してよい。しかし、位相範囲１６が人間の心臓９の拍動位相１２のなかに位置することは特に意義がある。
【００５０】
Ｘ線による患者８の負荷が特に小さく保たれなければならないときには、Ｘ線源１は好ましくは心電図１０によりトリガーされる。これにより、患者８が位相範囲１６中のみＸ線源１により透過照射されることが達成される。他方においてＸ線源１がトリガーされないときには、人間の心臓９のすべての位相中に測定データセットが取得される。この場合にはたとえば像再構成の際に後で有意味な位相範囲１６が決定され得る。
【００５１】
図４にはこのような経過の仕方の概要が示されている。ここで像再構成角度範囲βは位相角度範囲δから構成され、その際に直接に相い続く回転角度αの測定データセットは同一の位相範囲１６中もしくは直後に続く周期中に取得されている。
【００５２】
保持体７の回転数ｎがこのように最適化されない場合には、像再構成角度範囲βは、図５中に概要を示されているように、一般に純粋に不規則的な順列である位相角度範囲δにより満たされなければならない。
【００５３】
取得された測定データセットから心臓９の像を再構成し得るためには、回転角度αごとに取得された測定データセットから測定データセットが選択されなければならない。そのためには２つの選択方法が利用され得る。
【００５４】
第１の方法によれば、位相範囲１６ごとに位相範囲１６中に取得された測定データセットが各１つの回転角度群１７に統合される。各々の回転角度群１７に対して位相基準点と対応する基準角度εが決定される。たとえば位相基準点は位相範囲６の中央または始端に相当し得る。次いで実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットを選ぶため、回転角度αごとに、基準角度εが最大でその都度の回転角度αと同じくらいの大きさである回転角度群１７が決定される。こうして決定された回転角度群１７のなかで、次いでその都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差が最小である回転角度群１７の測定データセットが利用される。
【００５５】
実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差を手がかりにして有効な時間分解能が求められ、再構成された心臓９と一緒に出力される。有効な時間分解能は実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットの回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差のすべての差の最大である。
【００５６】
代替的に、再構成角度範囲βは、各１つの部分角度範囲基準角度ξを有する複数個の等しい大きさの部分角度範囲ζに分割され得る。部分角度範囲基準角度ξは基準角度εのように部分角度範囲ζの中央または始端に相当する。部分角度範囲ζごとに次いで、その都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差の絶対値が最小である回転角度群１７の測定データセットが心臓９の像を再構成するために利用される。
【００５７】
この方法では、測定データセットが心臓９の像を再構成するために利用される有効な時間分解能は選ばれる位相範囲よりも大きい。なぜならば、その都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差は一般に零に等しくないからである。従って、有効な時間分解能は、実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差と、部分角度範囲ζの大きさと、回転数ｎとを手がかりにして求められる。回転数ｎおよび部分角度範囲ζの大きさは最小の時間分解能を生ずる。これは次いで、実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差により大きくされる。
【００５８】
両方の方法では、回転角度群１７から他の回転角度群１７への切換わりの際に常に時間跳躍が行われる。従って、回転角度群１７からすぐ次の回転角度群１７への移行は不連続的であり得る。このことは再構成の際に像の質の低下に通じ得る。しかし像の質は、このような切換わりの際に測定データセットが重なり範囲のなかで重み付けされて重ね合わされるならば、高められ得る。重なり範囲は少なくとも隣り合う回転角度αに対応付けられている測定データセットを含んでいる。たとえば回転角度群１７の最後の測定データセットはその固有の値については２／３に、また後続の回転角度群１７の最初の測定データセットの値については１／３に重み付けされるように変更され得る。同じく次いで後続の回転角度群１７の最初の測定データセットがその固有の値については２／３に、また先行の回転角度群１７の最後の測定データセットの値については１／３に重み付けされ得る。このことは図６中に破線により概要を示されている。既にこのわずかな変更が再構成される像の質の顕著な改善に通ずる。
【００５９】
また回転角度群１７の重み付けされた重ね合わせにより時間拡幅が行われる。従って重なり範囲の大きさが有効な時間分解能を求める際に考慮に入れられる。このことは訓練された観察者に再構成さた像の質の評価を可能にする。
【００６０】
渦巻走査を行う際には、回転数ｎでの測定ユニット１、２を有する保持体７の連続的な回転のもとに、回転軸線６の方向に支台２０、従って患者８と測定ユニット１、２を有する保持体７との間の相対的な位置が送り速度ｖでずらされる。
【００６１】
送り速度ｖは、患者８（従ってもちろん患者８の心臓９）が１つの運動位相および２つの再構成時間Ｔの和の間に最大で検出器高さＤだけ回転軸線６に沿ってずらされように選ばれているならば、各々の任意のずれ位置ｚに対して、心臓９の静止範囲のなかに位置している関係のある回転角度範囲を見い出すことが可能である。その際に再構成時間Ｔは再構成角度範囲βを掃過するために必要な時間である。
【００６２】
こうして、任意のシフト位置またはずらし位置ｚに対して、隣接する検出器行３〜５により取得された測定データから、たとえば直線的な内挿により、いわゆる軸線走査により取得された値に非常に良く相当する値を見い出すことが可能である。像構成のために必要な測定データの全体により次いで、コンピュータトモグラフフィで一般に知られており、応用される逆投影アルゴリズム（たとえば畳み込み逆投影アルゴリズム）を用いて対象物９の像が再構成され得る。
【００６３】
この経過の仕方は図７に概要を示されている。図７では右方に時間ｔが、上方にずらし位置ｚがとられている。さらに図７には心電図１０が記入されており、そのピーク１１は心臓９の拍動１２を示す。それらの間に心臓９の静止位相１３が位置している。さらに図７には斜めに延びる直線１４が記入されている。これらは個々の検出器行３〜５のずらし位置に相当する。バー１５の長さは、保持体７が再構成角度範囲βの周りを回転する時間に相当する。
【００６４】
明らかなように、各々のずらし位置ｚに対して、同一の静止位相のなかに位置している直線１４の対が見い出され得る。そこで少なくとも再構成角度範囲βと同じくらいの大きさである回転角度γが掃過され、こうして直線的内挿により、このずらし位置における軸線走査に相当する測定データセットの群が構成され得る。
【００６５】
心臓９の静止位相が十分に長く、送り速度ｖが過度に大きくならない限り、各々の送り位置ｚに対してバー１５を任意に静止位相のなかに配置することさえ可能である。この場合には、人間の心臓９をその静止位相１３の種々の範囲中に、たとえば拍動の直後または拍動の直前に表示することさえも可能である。
【００６６】
既に述べたように、人間の心臓９の静止位相を決定するために、人間の心臓９の心電図１０が一緒に取得される。場合によっては心電図１０は、人間の心臓９の静止位相１３中のみＸ線を放射するようにＸ線源１、たとえばＸ線管を相応にトリガーするためにも利用され得る。この場合には患者８の放射線負荷が軽減され得る。さらにこの測定データ取得方法の際には保持体７が最高可能な回転数ｎで回転すべきであろう。
【００６７】
以上に説明した方法は、人間の心臓９が拍動位相１２のなかに位置している位相範囲１６中に撮像されなければならないときには、もはや応用可能でない。なぜならば、位相範囲１６は再構成時間Ｔよりも著しく短い継続時間を有するからである。位相範囲１６はたとえば５０ｍｓの継続時間を有し得る。この時間中に保持体７は１２０回転／分の回転数の際にも３６°、すなわち最小の再構成角度範囲βの５分の１しか回転しない。それにもかかわらず等しいコンピュータトモグラフにより心臓９はこの位相範囲１６のなかで撮像され得る。これは下記のように行われる：
【００６８】
前記のように多数の回転角度αにおいて検出器行３〜５によりそれぞれ同時にその都度の回転角度αに対応付けられている測定データセットが取得される。測定データセットはその際に少なくとも心臓９の周期的運動の位相範囲１６中は取得される。心臓９は複数個の周期を通過する。その際に周期の数は、周期の数と位相角度範囲δとの積が少なくとも再構成角度範囲βに相当しなければならないという条件から生ずる。その際に位相角度範囲δは、保持体７により位相範囲１６の継続時間中に掃過される角度である。安全のために周期の数は周期の最小数の１．５〜２倍の大きさであるべきであろう。保持体７はたとえば、典型的に１０〜２０回の回転を行う。これらの回転中に人間の心臓９は約５〜２０回の拍動をする。すなわち５ないし２０周期が通過される。
【００６９】
測定データ取得方法は図８に概要を示されている。図８によれば、保持体７は、患者８が検出器高さＤだけずらされるまでに、典型的に１０〜２０回の複数回の回転を行う。これらの回転中に人間の心臓９は約５〜２０回拍動する。すなわちそれは５〜２０周期を通過する。
【００７０】
たとえば、位相範囲１６が５０ｍｓの継続時間を有し、保持体７が１２０回転／分の回転数ｎで回転することが仮定されている。これらの仮定により保持体７は位相範囲１６中に位相角度範囲δ＝３６°を掃過する。すなわち、再構成角度範囲βが１８０°であるという別の仮定のもとでは心臓９の少なくとも５つ、一層良くは８〜１０の拍動位相１２が通過されなければならない。すなわち、人間の心臓９が８０拍動／分のパルスにより拍動するという仮定のもとで、保持体７は完全な回転を少なくとも７．５回、一層良くは１２〜１５回行わなければならない。
【００７１】
通常の場合には保持体７は、可能なかぎり高く選ばれている回転数ｎで回転すべきであろう。しかし、事情によっては、回転数ｎをより低く選ぶことが望ましいこともあり得る。これは特に、心臓９の運動が厳密に周期的であるときに当てはまる。この場合には保持体７の回転数ｎは好ましくは、直接に相い続く回転角度αの測定データセットが同一の位相範囲１６中もしくは直後に続く周期の位相範囲１６中に取得されるように選ばれる。
【００７２】
従ってたとえば、８０／分の一定（不変）の心拍数および５０ｍｓの継続時間を有する位相範囲１６の仮定のもとに、好ましくは７００ｍｓのうちに保持体７の完全な回転が行われる。
【００７３】
位相範囲１６の位置は再び、像データセットと一緒に取得される心電図１０から決定される。位相範囲１６の位置はその際に原理的に任意である。位相範囲１６はたとえば心臓の静止位相のなかに位置してよい。しかし、位相範囲１６が人間の心臓９の拍動位相１２のなかに位置ことは特に意義がある。
【００７４】
Ｘ線による患者８の負荷が特に小さく保たれなければならないときには、Ｘ線源１は好ましくは心電図１０によりトリガーされる。これにより、患者８が位相範囲１６中のみＸ線源１により透過照射されることが達成される。他方においてＸ線源１がトリガーされないときには、人間の心臓９のすべての位相中に測定データセットが取得される。この場合にはたとえば像再構成の際に後で有意味な位相範囲１６が決定され得る。
【００７５】
図４にはこのような経過の仕方の概要が示されている。ここで像再構成角度範囲βは位相角度範囲δから構成され、その際に直接に相い続く回転角度αの測定データセットは同一の位相範囲１６中もしくは直後に続く周期中に取得されている。
【００７６】
保持体７の回転数ｎがこのように最適化されない場合には、像再構成角度範囲βは、図５に概要を示されているように、一般に純粋に不規則的な順列である位相角度範囲δにより満たされなければならない。
【００７７】
取得された測定データセットから心臓９の像を再構成し得るためには、回転角度αごとに取得された測定データセットから測定データセットが選択されなければならない。そのためには２つの選択方法が利用され得る。
【００７８】
第１の方法によれば、位相範囲１６ごとに位相範囲１６中に取得された測定データセットが各１つの回転角度群１７に統合される。各々の回転角度群１７に対して位相基準点と対応する基準角度εが決定される。たとえば位相基準点は位相範囲６の中央または始端に相当し得る。次いで実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットを選ぶため、回転角度αごとに、基準角度εが最大でその都度の回転角度αと同じくらいの大きさである回転角度群１７が決定される。こうして決定された回転角度群１７のなかで、次いでその都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差が最小である回転角度群１７の測定データセットが利用される。
【００７９】
実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差を手がかりにして有効な時間分解能が求められ、また再構成された心臓９と一緒に出力される。有効な時間分解能は実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットの回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差のすべての差の最大である。
【００８０】
代替的に、再構成角度範囲βは、各１つの部分角度範囲基準角度ξを有する複数個の等しい大きさの部分角度範囲ζに分割され得る。部分角度範囲基準角度ξは基準角度εのように部分角度範囲ζの中央または始端に相当する。部分角度範囲ζごとに次いで、その都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差の絶対値が最小である回転角度群１７の測定データセットが心臓９の像を再構成するために利用される。
【００８１】
この方法では、測定データセットが心臓９の像を再構成するために利用される有効な時間分解能は選ばれる位相範囲よりも大きい。なぜならば、その都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差は一般に零に等しくないからである。従って、有効な時間分解能は、実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差と、部分角度転範囲ζの大きさと、回転数ｎとを手がかりにして求められる。回転数ｎおよび部分角度範囲ζの大きさは最小の時間分解能を生ずる。これは次いで、実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差により大きくされる。
【００８２】
両方の方法では、回転角度群１７から他の回転角度群１７への切換わりの際に常に時間跳躍が行われる。従って、回転角度群１７からすぐ次の回転角度群１７への移行は不連続的であり得る。このことは再構成の際に像の質の低下に通じ得る。しかし像の質は、このような切換わりの際に測定データセットが重なり範囲のなかで重み付けされて重ね合わされるならば、高められ得る。重なり範囲は少なくとも隣り合う回転角度αに対応付けられている測定データセットを含んでいる。たとえば回転角度群１７の最後の測定データセットはその固有の値については２／３に、後続の回転角度群１７の最初の測定データセットの値については１／３に重み付けされるように変更され得る。同じく次いで後続の回転角度群１７の最初の測定データセットがその固有の値については２／３に、先行の回転角度群１７の最後の測定データセットの値については１／３に重み付けされ得る。このことは図６に破線により概要を示されている。既にこのわずかな変更が再構成された像の顕著な改善に通ずる。
【００８３】
回転角度群１７の測定データセットの重み付けされた重ね合わせにより時間拡幅が行われる。従って重なり範囲の大きさが有効な時間分解能を求める際に考慮に入れられる。このことは訓練された観察者に再構成された像の質の評価を可能にする。
【００８４】
本発明による像再構成方法により特に、患者８の呼吸停止位相のなかで、心臓９の全体を表示し得る質的に価値の高い測定データセットを発生することが可能である。
【００８５】
［付記１］
本発明によれば、次の像再構成方法も考えられるので、付記する。
（１）保持体７に配置されているＸ線源１と、保持体７の上に配置されている検出器ユニット２とを用いて、運動位相１２および静止位相１３を有する周期的に運動する対象物９の像を再構成する装置を制御装置が制御する方法であって、
検出器ユニット２が少なくとも１つの最初の検出器行３および最後の検出器行４を有し、検出器行３、４が回転軸線６に対して少なくともほぼ直角に延び、
保持体７が回転数ｎで回転軸線６の周りを回転し、
複数個の周期中に多数の回転角度αにおいて回転角度αごとに検出器行３〜５によりそれぞれ同時にその都度の回転角度αに対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
対象物９の周期的な運動のそれぞれ１つの位相基準点を有する位相範囲の存在が求められ、測定データセットが少なくともこのような位相範囲１６中に取得され、
位相範囲の継続時間が求められ、周期の数と位相範囲１６中に掃過される位相角度範囲δとからの積が少なくとも対象物９の像を再構成するために必要な再構成角度範囲βに相当し、
測定データセットから三次元の逆投影アルゴリズムを用いて対象物９の像が再構成される像再構成方法。
（２）対象物９が人間の心臓９であり、位相範囲１６が人間の心臓９の拍動位相のなかに位置している。
・位相範囲１６を決定するため人間の心臓９の心電図１０が一緒に取得される。
・対象物９が位相範囲１６中のみ透過照射されるようにＸ線源１が心電図１０を用いてトリガーされる。
（３）保持体７の回転数ｎは、直接に相い続く回転角度αの測定データセットが同一の位相範囲１６中もしくは直接に後に続く周期の位相範囲１６中に取得されるように選定される。
（４）保持体７の回転数ｎは可能なかぎり高く選定される。
（５）取得された測定データセットに対する像再構成方法において、
位相範囲１６ごとに位相範囲１６中に取得された測定データセットが各１つの回転角度群１７に統合され、
各々の回転角度群１７に対して位相基準点と対応する基準角度（ε）が決定され、
回転角度αごとに、基準角度εが最大でその都度の回転角度αと同じくらいの大きさである回転角度群１７が決定され、
こうして決定された回転角度群１７のなかで、その都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差が最小である回転角度群１７の測定データセットが対象物９を再構成するために利用される。
・実際に対象物９を再構成するために利用される測定データセットのその都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差を手がかりにして有効な時間分解能が求められ、再構成された対象物９と一緒に出力される。
（６）取得された測定データセットから像を再構成するための方法において、
再構成角度範囲βが、各１つの部分角度範囲基準角度ξを有する複数個の等しい大きさの部分角度範囲ζに分割され、
位相範囲１６ごとに、位相範囲１６中に取得された測定データセットが各１つの回転角度群１７に統合され、
各々の回転角度群１７に対して位相基準点と対応する基準角度εが決定され、
部分角度範囲ζごとに、その都度の部分角度範囲基準角度ξとそのつどの基準角度εとの間の差の絶対値が最小である回転角度群１７の測定データセットが対象物９を再構成するために利用される。
・実際に対象物９を再構成するために利用される測定データセットのその都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差と、部分角度範囲ζの大きさと、回転数ｎとを手がかりにして有効な時間分解能が求められ、再構成された対象物９と一緒に出力される。
（７）回転角度群１７から他の回転角度群１７への切換わりの際に測定データセットが重み付けされて重ね合わされる。
・隣り合う回転角度αに対応付けられている測定データセットが重み付けされて重ね合わされる重なり範囲の大きさが、有効な時間分解能を求める際に考慮に入れられる。
【００８６】
［付記２］
本発明によれば、次の測定データ取得方法も考えられるので、付記する。
（１）保持体７に配置されているＸ線源１および同じく保持体７の上に配置されている検出器ユニット２を用いて、運動位相１２および静止位相１３を有する周期的に運動する対象物９から測定データを取得する装置を制御装置が制御する方法であって、
検出器ユニット２が少なくとも１つの最初の検出器行３および最後の検出器行４を有し、検出器行３、４が回転軸線６に対して少なくともほぼ直角に延び、回転軸線６に対して平行に検出器高さＤだけ互いに間隔をおかれ、
対象物９が送り速度ｖで回転軸線６に沿って保持体７に対して相対的にずらされ、保持体７が回転数ｎで回転軸線６の周りを回転し、
多数の回転角度αにおいて回転角度αごとに検出器行３〜５によりそれぞれ同時にその都度の回転角度αに対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
対象物９の周期的な運動のそれぞれ１つの位相基準点を有する位相範囲の存在が求められ、測定データセットが少なくともこのような位相範囲１６中に取得され、
送り速度ｖは、対象物９が検出器高さＤだけの送り中に複数個の周期を通過するように選ばれ、
位相範囲の継続時間が求められ、周期の数と位相範囲１６中に掃過される位相角度範囲δとからの積が少なくとも対象物９の像を再構成するために必要な再構成角度範囲βに相当する測定データ取得方法。
（２）対象物９が人間の心臓９であり、位相範囲１６が人間の心臓９の拍動位相のなかに位置している。
・位相範囲１６を決定するため人間の心臓９の心電図１０が一緒に取得される。
・対象物９が位相範囲１６中のみ透過照射されるようにＸ線源１が心電図１０を用いてトリガーされる。
（３）保持体７の回転数ｎは、直接に相い続く回転角度αの測定データセットが同一の位相範囲１６中もしくは直接に後に続く周期の位相範囲１６中に取得されるように選定される。
（４）保持体７の回転数ｎは可能なかぎり高く選定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 コンピュータトモグラフの斜視図。
【図２】 図１によるコンピュータトモグラフの正面図。
【図３】 図１および２によるコンピュータトモグラフの検出器ユニットの正面図。
【図４】 分類方法の概要を示す図。
【図５】 別の分類方法の概要を示す図。
【図６】 重み付け曲線の概要を示す図。
【図７】 測定データセットの取得の概要を示す図。
【図８】 測定データセットの別の取得の概要を示す図。
【符号の説明】
１ Ｘ線源
２ 検出器ユニット
３〜５ 検出器行
６ 回転軸線
７ 保持環
８ 患者
９ 心臓
１０ 心電図（ＥＫＧ）
１１ ピーク
１２ 拍動位相
１３ 静止位相
１４ 直線
１５ バー
１６ 位相範囲
１７ 回転角度群
１８ Ｘ線束
２０ 支台
２１ 測定開口
２２ 発生器装置
２３ 測定領域
２４ 焦点
２５ 焦点軌道
２６ 駆動部
２７ 心電計
２８ 電極
２９ キーボード
３０ マウス
３１ コンピュータ
Ａ 矢印
Ｄ 検出器高さ、検出器行のずれ
ｎ 回転数
ｔ、Ｔ 時間
ｖ 送り速度
ｚ ずれ位置
α 回転角度
β 再構成角度範囲
γ 回転角度
δ 位相角度範囲
ε 基準角度
ζ 部分角度範囲
ξ 部分角度範囲基準角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、或る回転数で回転軸線の周りを回転する保持体の上に配置されている検出器ユニットを用いた、周期的に運動する対象物の像再構成方法、及び測定データ取得方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術では心臓の測定データセットは一般に、回転軸線に対して直角に配置されている単一の検出器行を有する検出器ユニットにより取得される。保持体の回転中に検出器行により多数の回転角度において測定データセットが取得される。同時にＥＫＧ信号が一緒に記録される。ＥＫＧ信号により回転角度および心臓位相の対応付けが達成される。静止位相で取得された測定データセットにより次いで像再構成が行われる。その後に患者が断片だけ回転軸線に対して平行にずらされ、新しい測定データセットが取得される。
【０００３】
しかし通常の回転速度（最大１２０回転／分）では、この方法によって、人間の心臓を、患者がその呼吸を停止し得る時間中に、すなわち呼吸停止時間中に全体としてトモグラフィ的に取得することはできない。
【０００４】
患者を保持体の回転中に連続的にずらし（いわゆる渦巻走査）、同じく連続的に測定データセット（いわゆる渦巻データ）を取得することも知られている。この場合にも非常に速く限界に突き当たる。すべてのずらし位置またはシフト位置が心臓の静止位相中に取得された測定データから再構成され得ない。従って、予め定められたずらし‐またはシフト位置での渦巻データの内挿の際に、心臓の静止位相で測定された渦巻回転から内挿することが必要である。このことは内挿幅を明らかに高くし、その結果として達成可能な鋭さを著しく減じ得る。
【０００５】
対象物の像をすべてのずらし位置において再構成することは確かに原理的には可能である。しかし、心臓が拍動位相にあったずらし位置においては質的に劣った像しか得られない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来通常のコンピュータトモグラフによっても周期的に運動する対象物の質的に高い像を時間的に高い分解能で取得可能かつ再構成可能である像再構成方法を提供することである。
【０００７】
対象物の周期的な運動が運動位相および静止位相を有するならば、つまり対象物が１つの運動位相と１つの静止位相とから成る運動を周期的に繰り返すならば、この課題は、本発明によれば、
検出器ユニットが少なくとも最初の検出器行および最後の検出器行を有し、検出器行が回転軸線に対して少なくともほぼ直角に延び、
各静止位相の存在が求められ、少なくとも各静止位相中に多数の回転角度において回転角度ごとに検出器行によりそれぞれ同時にその都度の回転角度に対応付けられている各測定データセットが取得され、
各静止位相の継続時間が決定され、回転数は、保持体が各静止位相中に、少なくとも対象物の像を再構成するために必要な再構成角度範囲と同じくらいの大きさの回転角度だけ回転するように選定され、
測定データセットから三次元の逆投影アルゴリズムを用いて対象物の像が再構成されることにより解決される。
【０００８】
すなわちこの場合には一方では静止位相中に測定データセットが、対象物の再構成が可能であるように大きい連続的な回転角度範囲のなかで取得される。他方では三次元の逆投影アルゴリズムの使用により再構成された像の質が顕著に高められる。最後に多行の検出器ユニットの使用により取得時間が顕著に短縮される。次の対策手段
・多行の検出器ユニット、
・静止位相での測定データセットの取得、
・回転数の適当な選択および
・三次元の逆投影アルゴリズムの使用
の組み合わせにより、対象物の質的に高い像が取得かつ再構成され得る。
【０００９】
この像再構成方法は好ましくは、対象物が人間の心臓であるときに使用される。人間の心臓の静止位相の存在および静止位相の継続時間を決定するためその際に好ましくは人間の心臓の心電図が一緒に取得される。
【００１０】
それに対して、対象物の周期的な運動が静止位相を有していない、または短い静止位相しか有していないならば、または対象物の撮像が運動位相中に行われなければならないならば、前記の課題は、
検出器ユニットが少なくとも１つの最初の検出器行および最後の検出器行を有し、検出器行が回転軸線に対して少なくともほぼ直角に延び、
複数個の周期中に多数の回転角度において回転角度ごとに検出器行によりそれぞれ同時にその都度の回転角度に対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
対象物の周期的な運動のそれぞれ位相基準点を有する位相範囲の存在が求められ、測定データセットが少なくともこのような位相範囲中に取得され、
位相範囲の継続時間が求められ、周期の数と位相範囲中に掃過される位相角度範囲とからの積が少なくとも対象物の像を再構成するために必要な再構成角度範囲に相当し、
測定データセットから三次元の逆投影アルゴリズムを用いて対象物の像が再構成される
ことにより解決される。
【００１１】
この像再構成方法は好ましくは、対象物が人間の心臓であり、位相範囲が人間の心臓の拍動位相のなかに位置しているときに使用される。位相範囲を決定するため好ましくは再び人間の心臓の心電図が一緒に取得される。
【００１２】
対象物が位相範囲中しか透過照射されないようにＸ線源が心電図によりトリガーされるならば、検査される患者は特に低いＸ線量により負荷される。
【００１３】
保持体の回転数が、直接に相い続く回転角度の測定データセットが同一の位相範囲中もしくは直接に後に続く周期の位相範囲中に取得されるように選定されるならば、特に簡単な像再構成が行われ得る。それに対して、保持体の回転数が可能なかぎり高く選定されるならば、検査される患者はより低いＸ線量により負荷される。
【００１４】
像再構成のために十分に大きい全体測定データセットの構成はたとえば
位相範囲ごとに位相範囲中に取得された測定データセットが各１つの回転角度群に統合され、
各々の回転角度群に対して位相基準点と対応する基準角度が決定され、
回転角度ごとに、基準角度が最大でその都度の回転角度と同じ大きさである回転角度群が決定され、
こうして決定された回転角度群のなかで、その都度の回転角度とその都度の基準角度との間の差が最小である回転角度群の測定データセットが対象物を再構成するために利用される
ことにより行われ得る。
【００１５】
代替的に全体測定データセットは、
再構成角度範囲が、各部分角度範囲基準角度を有する複数個の等しい大きさの部分角度範囲に分割され、
位相範囲ごとに、位相範囲中に取得された測定データセットが各回転角度群に統合され、
各々の回転角度群に対して位相基準点と対応する基準角度が決定され、
部分角度範囲ごとに、その都度の部分角度範囲基準角度とその都度の基準角度との間の差の絶対値が最小である回転角度群の測定データセットが対象物を再構成するために利用される
ことにより構成され得る。
【００１６】
回転角度群から他の回転角度群への切換わりの際に測定データセットが重なり範囲のなかで重み付けされて重ね合わされるならば、より高い像質が達成可能である。
【００１７】
検査が渦巻走査の形態で行われるならば、
検出器ユニットが少なくとも最初の検出器行および最後の検出器行を有し、検出器行が回転軸線に対して少なくともほぼ直角に延び、回転軸線に対して平行に検出器高さだけ互いに間隔をおかれ、
対象物が送り速度ｖで回転軸線に沿って保持体に対して相対的にずらされ、保持体が回転数ｎで回転軸線の周りを回転し、
各静止位相の存在が求められ、少なくとも各静止位相中に多数の回転角度において回転角度ごとに検出器行によりそれぞれ同時にその都度の回転角度に対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
各静止位相の継続時間が決定され、回転数ｎは、保持体が各静止位相中に、少なくとも対象物の像を再構成するために必要な再構成角度範囲と同じくらいの大きさの回転角度だけ回転するように選定され、
送り速度は、対象物が１つの運動位相および２つの再構成時間の和の間に最大で検出器高さだけ回転軸線に沿ってずらされるように選ばれ、
再構成時間が再構成角度範囲を掃過するために必要な時間である。
【００１８】
すなわちこの場合には静止位相中に測定データセットが、この静止位相のなかでとられた各々のシフト位置またはずらし位置に対する検出器行の間のそれ自体は公知の内挿により対象物の再構成がコンピュータトモグラフで一般に知られている逆投影アルゴリズムにより可能であるように大きい連続的な回転速度範囲のなかで取得され得る。運動位相中に、後続の静止位相でとられるずらし位置がその前にとられたずらし位置に継ぎ目なしにつながるように、対象物の過度に大きくない送りが行われる。次の対策手段
・多行の検出器ユニット、
・静止位相での測定データセットの取得および
・送り速度および回転数の適当な選択
の組み合わせにより、対象物の質的に高い像が取得され、一般に知られている仕方で再構成され得る。
【００１９】
それに対して、対象物の周期的な運動が静止位相を有していない、または短い静止位相しか有していないならば、または対象物の撮像が運動位相中に行われなければならないならば、代替的に渦巻走査に対して、
検出器ユニットが少なくとも１つの最初の検出器行および最後の検出器行を有し、検出器行が回転軸線に対して少なくともほぼ直角に延びており、回転軸線に対して平行に検出器高さだけ互いに間隔をおかれ、
対象物が送り速度で回転軸線に沿って保持体に対して相対的にずらされ、保持体が回転数で回転軸線の周りを回転し、
多数の回転角度において回転角度ごとに検出器行によりそれぞれ同時にその都度の回転角度に対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
対象物の周期的な運動のそれぞれ位相基準点を有する位相範囲の存在が求められ、測定データセットが少なくともこのような位相範囲中に取得され、
送り速度は、対象物が検出器高さだけの送り中に複数個の周期を通過するように選定され、
位相範囲の継続時間が求められ、周期の数と位相範囲中に掃過される位相角度範囲とからの積が少なくとも対象物の像を再構成するために必要な再構成角度範囲に相当する。
【００２０】
この測定データ取得方法は好ましくは、対象物が人間の心臓であり、位相範囲が人間の心臓の拍動位相のなかに位置しているときに使用される。位相範囲を決定するため好ましくは再び人間の心臓の心電図が一緒に取得される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
他の利点および詳細はその他の請求項および図面と結び付けての実施例の以下の説明から明らかになる。
【００２２】
図１および２には本発明による方法を実施するためのコンピュータトモグラフの概要が示されている。
【００２３】
コンピュータトモグラフは、Ｘ線束１８を送り出すＸ線源１と、回転軸線６の方向に相い続いている個別検出器、たとえばそれぞれ５１２の個別検出器の多くの行から構成されている検出器ユニット２とから成る測定ユニットを有する。Ｘ線束１８が出発するＸ線源１の焦点は参照符号２４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８は寝台２０の上に載っている。この寝台は環状の保持体７、いわゆるガントリの測定開口２１を通って延びている。
【００２４】
検出器ユニット２は図３に示されているように最初の検出器行３および最後の検出器行４を有する。最初の検出器行３と最後の検出器行４との間に、図示されているように、１つまたはそれ以上の別の検出器行５が配置されていてよい。
【００２５】
検出器行３〜５は、矢印Ａにより示されているように、回転軸線６に対して直角に延びている。回転軸線６に対して平行に最初の検出器行３および最後の検出器行４が検出器高さＤだけ互いに間隔をおかれている。その際に検出器高さＤは行中央から行中央へと測定される。
【００２６】
保持体７にはＸ線源１および検出器ユニット２が、Ｘ線源から出発するＸ線束１８が検出器ユニット２に当たるように、互いに向かい合って取付けられている。保持体７は、システム軸線をなすコンピュータトモグラフの回転軸線６の周りに回転可能に支えられており、患者８を走査するために回転数ｎで回転軸線６の周りを回転する。その際に発生器装置２２により作動させられるＸ線源１から出発するＸ線束１８が円形断面の測定領域を捕捉する。Ｘ線源１の焦点２４は回転軸線６の上に位置している回転中心の周りに円形に湾曲する焦点軌道２５の上を運動する。
【００２７】
Ｘ線束１８は患者８を透過照射し、検出器ユニット２に到着したＸ線は回転中に多数の回転角度αにおいて検出され、また各１つの測定データセットに統合される。すなわち測定データセットは、検出器ユニット３〜５により回転角度αにおいて同時に検出され，この回転角度αに対応付けられる測定データの全体である。
【００２８】
検出器ユニット２からコンピュータ３１に到達する取得された測定データセットの全体から、これが検査すべき対象物の像を再構成し、またこれをモニター１９の上に表示する。
【００２９】
保持体７に対応付けられている駆動部２６は、前記のように、保持体７を連続的に回転させるのに適している。さらに、一方では支台２０、従って患者８、他方では回転軸線６の方向の測定ユニット１、２を有する保持体７の相対的シフトを可能にする図面には示されていない別の駆動部が設けられている。
【００３０】
すなわち患者８の三次元の範囲を走査する可能性が存在する。
【００３１】
このことは一方ではいわゆる順次走査の形態で行われ得る。この順次走査の際には、それぞれ回転軸線６の方向の延びが検出器高さＤに相当する患者８の範囲が走査され、また続いて支台２０が回転軸線６の方向に検出器高さＤに相当する寸法だけずらされ、その上で患者８が新たに走査される。この過程は、患者８のそれぞれ関心のある範囲が完全に走査されるまで、繰り返される。
【００３２】
他方では渦巻走査を行うことも可能である。この渦巻走査の際には、患者８の三次元の範囲が、測定ユニット１、２を有する保持体７が連続的に回転し、同時に支台２０および保持体７の相対的ずらしが回転軸線６の方向に送り速度ｖで行われることによって、走査される。
【００３３】
患者８の心臓または心臓活動のリズムで動かされる身体範囲の検査を行うために図１および２によるコンピュータトモグラフはさらにそれ自体は公知の心電計２７を有する。この心電計は電極（そのうちの１つが図２中に示されており、また参照符号２８を付されている）を介して患者８と接続され、またコンピュータトモグラフによる検査と平行して患者８の心電図（ＥＫＧ）を捕捉する役割をする。ＥＫＧ信号に相当する好ましくはディジタルのデータはコンピュータ３１に供給される。このコンピュータはこれらのデータを評価し、また必要の際にはＥＫＧ曲線としてモニター１９の上に指示する。
【００３４】
心電計２７の電極は可能なかぎり、患者８の検査を阻害しないように患者８の身体に取付けられている。
【００３５】
コンピュータ３１には、コンピュータトモグラフの操作を可能にするキーボード２９およびマウス３０が接続されている。
【００３６】
検査される対象物の有意義な像を再構成し得るためには、再構成角度範囲βにわたって延びている相い続く回転角度αでの測定データセットが必要である。再構成角度範囲βは少なくとも１８０°のオーダーである。
【００３７】
患者８の静止可能な身体部分をトモグラフィ的に撮像すればよいのであれば、測定データセットの取得に取るに足るほどの問題はない。それに対して、周期的に運動する対象物の測定データセットの取得は臨界的である。このような対象物の一例は、図１中に概要を示されている人間の心臓９である。
【００３８】
周知のように人間の心臓９は本質的に周期的な運動を行う。その際に周期的な運動は、静止位相または弛緩位相と運動位相または拍動位相とが交互に現れる列から成っている。弛緩位相は通常５００ｍｓ〜８００ｍｓの継続時間を有し、また拍動位相は２００〜２５０ｍｓの継続時間を有する。
【００３９】
保持体７の回転数ｎは通常４５〜１２０回転／分である。回転数ｎを心臓９の弛緩位相の継続時間と比較することにより、こうして、保持体７が心臓９の弛緩位相中に１３５°（４５回転／分の際に５００ｍｓ）〜５７６°（１２０回転／分の際に８００ｍｓ）の回転角度γだけ回転することを容易に確かめ得る。
【００４０】
回転数ｎが十分に高く選ばれるならば、保持体７は静止位相中に、対象物９を再構成するために必要な再構成角度範囲βよりも大きい回転角度γだけ回転する。こうして、心臓９が撮像された範囲で再構成され得るように心臓９の静止位相中に完全な測定データセットを取得することが可能である。
【００４１】
順次走査を行う際には患者８はそれぞれ必要な測定データセットの取得の後に回転軸線６に対して平行に送り距離だけずらされる。その際に送り距離は検出器高さＤと同じくらいの大きさである。心臓９のすぐ次の静止位相で次いで新しい測定データセットが取得される。この進行経過は、患者８の心臓９全体がトモグラフィ的に撮像されるまで繰り返される。
【００４２】
取得された測定データセットの全体から心臓９の像が再構成される。しかし多行の検出器ユニット２の使用に基づいてＸ線は心臓９を部分的に保持体７に対して角度で貫通している。コンピュータトモグラフィで一般に知られている二次元の逆投影アルゴリズムによる心臓９の像の再構成はこうして系統的な誤りに通ずる。従って、この誤りを避けるため、心臓９の像は測定データセットから三次元の逆投影アルゴリズムにより再構成される。このような逆投影アルゴリズムはたとえばL.A.Feldkamp,L.C.DavisおよびJ.W.Kress によりＯｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ会誌Ａ、第１巻、第６号、第６１２〜６１９頁（ＪＯＳＡ Ａ、１／１９８４、第６号、第６１２〜６１９頁）に発表されている。
【００４３】
既に述べたように、人間の心臓９の静止位相を決定するために、人間の心臓９の心電図１０が一緒に取得される。場合によっては心電図１０は、人間の心臓９の静止位相１３中のみＸ線を放射するようにＸ線源１、たとえばＸ線管を相応にトリガーするためにも利用され得る。この場合には患者８の放射線負荷が軽減され得る。さらにこの測定データ取得方法の際には保持体７が最高可能な回転数ｎで回転すべきであろう。
【００４４】
以上に説明した方法は、人間の心臓９が拍動位相１２のなかに位置している位相範囲１６中に撮像されなければならないときには、もはや応用可能でない。なぜならば、位相範囲１６は再構成時間Ｔよりも著しく短い継続時間を有するからである。位相範囲１６はたとえば５０ｍｓの継続時間を有し得る。この時間中に保持体７は１２０回転／分の回転数の際にも３６°、すなわち最小の再構成角度範囲βの５分の１しか回転しない。それにもかかわらず等しいコンピュータトモグラフにより心臓９はこの位相範囲１６のなかで撮像され得る。これは下記のように行われる：
【００４５】
前記のように多数の回転角度αにおいて検出器行３〜５によりそれぞれ同時にその都度の回転角度αに対応付けられている測定データセットが取得される。測定データセットはその際に少なくとも心臓９の周期的運動の位相範囲１６中は取得される。心臓９は複数個の周期を通過する。その際に周期の数は、周期の数と位相角度範囲δとの積が少なくとも再構成角度範囲βに相当しなければならないという条件から生ずる。その際に位相角度範囲δは、保持体７により位相範囲１６の継続時間中に掃過される角度である。安全のために周期の数は周期の最小数の１．５〜２倍の大きさであるべきであろう。保持体７はたとえば、典型的に１０〜２０回の回転を行う。これらの回転中に人間の心臓９は約５〜２０回の拍動をする。すなわち５〜２０の周期が通過される。
【００４６】
たとえば図４では、位相範囲１６が５０ｍｓの継続時間を有し、保持体７が１２０回転／分の回転数ｎで回転することが仮定されている。これらの仮定により保持体７は位相範囲１６中に位相角度範囲δ＝３６°を掃過する。すなわち、再構成角度範囲βが１８０°であるという別の仮定のもとでは心臓９の少なくとも５つ、一層良くは８〜１０の拍動位相１２が通過されなければならない。すなわち、人間の心臓９が８０拍動／分のパルスにより拍動するという仮定のもとで、保持体７は完全な回転を少なくとも７．５回、一層良くは１２〜１５回行わなければならない。
【００４７】
通常の場合には保持体７は、可能なかぎり高く選ばれている回転数ｎで回転すべきであろう。しかし、事情によっては、回転数ｎをより低く選ぶことが望ましいこともあり得る。これは特に、心臓９の運動が厳密に周期的であるときに当てはまる。この場合には保持体７の回転数ｎは好ましくは、直接に相い続く回転角度αの測定データセットが同一の位相範囲１６中もしくは直後に続く周期の位相範囲１６中に取得されるように選ばれる。
【００４８】
従ってたとえば、８０／分の一定（不変）の心拍数および５０ｍｓの継続時間を有する位相範囲１６の仮定のもとに、好ましくは７００ｍｓのうちに保持体７の完全な回転が行われる。
【００４９】
位相範囲１６の位置は再び、像データセットと一緒に取得される心電図１０から決定される。位相範囲１６の位置はその際に原理的に任意である。位相範囲１６はたとえば心臓の静止位相のなかに位置してよい。しかし、位相範囲１６が人間の心臓９の拍動位相１２のなかに位置することは特に意義がある。
【００５０】
Ｘ線による患者８の負荷が特に小さく保たれなければならないときには、Ｘ線源１は好ましくは心電図１０によりトリガーされる。これにより、患者８が位相範囲１６中のみＸ線源１により透過照射されることが達成される。他方においてＸ線源１がトリガーされないときには、人間の心臓９のすべての位相中に測定データセットが取得される。この場合にはたとえば像再構成の際に後で有意味な位相範囲１６が決定され得る。
【００５１】
図４にはこのような経過の仕方の概要が示されている。ここで像再構成角度範囲βは位相角度範囲δから構成され、その際に直接に相い続く回転角度αの測定データセットは同一の位相範囲１６中もしくは直後に続く周期中に取得されている。
【００５２】
保持体７の回転数ｎがこのように最適化されない場合には、像再構成角度範囲βは、図５中に概要を示されているように、一般に純粋に不規則的な順列である位相角度範囲δにより満たされなければならない。
【００５３】
取得された測定データセットから心臓９の像を再構成し得るためには、回転角度αごとに取得された測定データセットから測定データセットが選択されなければならない。そのためには２つの選択方法が利用され得る。
【００５４】
第１の方法によれば、位相範囲１６ごとに位相範囲１６中に取得された測定データセットが各１つの回転角度群１７に統合される。各々の回転角度群１７に対して位相基準点と対応する基準角度εが決定される。たとえば位相基準点は位相範囲６の中央または始端に相当し得る。次いで実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットを選ぶため、回転角度αごとに、基準角度εが最大でその都度の回転角度αと同じくらいの大きさである回転角度群１７が決定される。こうして決定された回転角度群１７のなかで、次いでその都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差が最小である回転角度群１７の測定データセットが利用される。
【００５５】
実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差を手がかりにして有効な時間分解能が求められ、再構成された心臓９と一緒に出力される。有効な時間分解能は実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットの回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差のすべての差の最大である。
【００５６】
代替的に、再構成角度範囲βは、各１つの部分角度範囲基準角度ξを有する複数個の等しい大きさの部分角度範囲ζに分割され得る。部分角度範囲基準角度ξは基準角度εのように部分角度範囲ζの中央または始端に相当する。部分角度範囲ζごとに次いで、その都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差の絶対値が最小である回転角度群１７の測定データセットが心臓９の像を再構成するために利用される。
【００５７】
この方法では、測定データセットが心臓９の像を再構成するために利用される有効な時間分解能は選ばれる位相範囲よりも大きい。なぜならば、その都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差は一般に零に等しくないからである。従って、有効な時間分解能は、実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差と、部分角度範囲ζの大きさと、回転数ｎとを手がかりにして求められる。回転数ｎおよび部分角度範囲ζの大きさは最小の時間分解能を生ずる。これは次いで、実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差により大きくされる。
【００５８】
両方の方法では、回転角度群１７から他の回転角度群１７への切換わりの際に常に時間跳躍が行われる。従って、回転角度群１７からすぐ次の回転角度群１７への移行は不連続的であり得る。このことは再構成の際に像の質の低下に通じ得る。しかし像の質は、このような切換わりの際に測定データセットが重なり範囲のなかで重み付けされて重ね合わされるならば、高められ得る。重なり範囲は少なくとも隣り合う回転角度αに対応付けられている測定データセットを含んでいる。たとえば回転角度群１７の最後の測定データセットはその固有の値については２／３に、また後続の回転角度群１７の最初の測定データセットの値については１／３に重み付けされるように変更され得る。同じく次いで後続の回転角度群１７の最初の測定データセットがその固有の値については２／３に、また先行の回転角度群１７の最後の測定データセットの値については１／３に重み付けされ得る。このことは図６中に破線により概要を示されている。既にこのわずかな変更が再構成される像の質の顕著な改善に通ずる。
【００５９】
また回転角度群１７の重み付けされた重ね合わせにより時間拡幅が行われる。従って重なり範囲の大きさが有効な時間分解能を求める際に考慮に入れられる。このことは訓練された観察者に再構成さた像の質の評価を可能にする。
【００６０】
渦巻走査を行う際には、回転数ｎでの測定ユニット１、２を有する保持体７の連続的な回転のもとに、回転軸線６の方向に支台２０、従って患者８と測定ユニット１、２を有する保持体７との間の相対的な位置が送り速度ｖでずらされる。
【００６１】
送り速度ｖは、患者８（従ってもちろん患者８の心臓９）が１つの運動位相および２つの再構成時間Ｔの和の間に最大で検出器高さＤだけ回転軸線６に沿ってずらされように選ばれているならば、各々の任意のずれ位置ｚに対して、心臓９の静止範囲のなかに位置している関係のある回転角度範囲を見い出すことが可能である。その際に再構成時間Ｔは再構成角度範囲βを掃過するために必要な時間である。
【００６２】
こうして、任意のシフト位置またはずらし位置ｚに対して、隣接する検出器行３〜５により取得された測定データから、たとえば直線的な内挿により、いわゆる軸線走査により取得された値に非常に良く相当する値を見い出すことが可能である。像構成のために必要な測定データの全体により次いで、コンピュータトモグラフフィで一般に知られており、応用される逆投影アルゴリズム（たとえば畳み込み逆投影アルゴリズム）を用いて対象物９の像が再構成され得る。
【００６３】
この経過の仕方は図７に概要を示されている。図７では右方に時間ｔが、上方にずらし位置ｚがとられている。さらに図７には心電図１０が記入されており、そのピーク１１は心臓９の拍動１２を示す。それらの間に心臓９の静止位相１３が位置している。さらに図７には斜めに延びる直線１４が記入されている。これらは個々の検出器行３〜５のずらし位置に相当する。バー１５の長さは、保持体７が再構成角度範囲βの周りを回転する時間に相当する。
【００６４】
明らかなように、各々のずらし位置ｚに対して、同一の静止位相のなかに位置している直線１４の対が見い出され得る。そこで少なくとも再構成角度範囲βと同じくらいの大きさである回転角度γが掃過され、こうして直線的内挿により、このずらし位置における軸線走査に相当する測定データセットの群が構成され得る。
【００６５】
心臓９の静止位相が十分に長く、送り速度ｖが過度に大きくならない限り、各々の送り位置ｚに対してバー１５を任意に静止位相のなかに配置することさえ可能である。この場合には、人間の心臓９をその静止位相１３の種々の範囲中に、たとえば拍動の直後または拍動の直前に表示することさえも可能である。
【００６６】
既に述べたように、人間の心臓９の静止位相を決定するために、人間の心臓９の心電図１０が一緒に取得される。場合によっては心電図１０は、人間の心臓９の静止位相１３中のみＸ線を放射するようにＸ線源１、たとえばＸ線管を相応にトリガーするためにも利用され得る。この場合には患者８の放射線負荷が軽減され得る。さらにこの測定データ取得方法の際には保持体７が最高可能な回転数ｎで回転すべきであろう。
【００６７】
以上に説明した方法は、人間の心臓９が拍動位相１２のなかに位置している位相範囲１６中に撮像されなければならないときには、もはや応用可能でない。なぜならば、位相範囲１６は再構成時間Ｔよりも著しく短い継続時間を有するからである。位相範囲１６はたとえば５０ｍｓの継続時間を有し得る。この時間中に保持体７は１２０回転／分の回転数の際にも３６°、すなわち最小の再構成角度範囲βの５分の１しか回転しない。それにもかかわらず等しいコンピュータトモグラフにより心臓９はこの位相範囲１６のなかで撮像され得る。これは下記のように行われる：
【００６８】
前記のように多数の回転角度αにおいて検出器行３〜５によりそれぞれ同時にその都度の回転角度αに対応付けられている測定データセットが取得される。測定データセットはその際に少なくとも心臓９の周期的運動の位相範囲１６中は取得される。心臓９は複数個の周期を通過する。その際に周期の数は、周期の数と位相角度範囲δとの積が少なくとも再構成角度範囲βに相当しなければならないという条件から生ずる。その際に位相角度範囲δは、保持体７により位相範囲１６の継続時間中に掃過される角度である。安全のために周期の数は周期の最小数の１．５〜２倍の大きさであるべきであろう。保持体７はたとえば、典型的に１０〜２０回の回転を行う。これらの回転中に人間の心臓９は約５〜２０回の拍動をする。すなわち５ないし２０周期が通過される。
【００６９】
測定データ取得方法は図８に概要を示されている。図８によれば、保持体７は、患者８が検出器高さＤだけずらされるまでに、典型的に１０〜２０回の複数回の回転を行う。これらの回転中に人間の心臓９は約５〜２０回拍動する。すなわちそれは５〜２０周期を通過する。
【００７０】
たとえば、位相範囲１６が５０ｍｓの継続時間を有し、保持体７が１２０回転／分の回転数ｎで回転することが仮定されている。これらの仮定により保持体７は位相範囲１６中に位相角度範囲δ＝３６°を掃過する。すなわち、再構成角度範囲βが１８０°であるという別の仮定のもとでは心臓９の少なくとも５つ、一層良くは８〜１０の拍動位相１２が通過されなければならない。すなわち、人間の心臓９が８０拍動／分のパルスにより拍動するという仮定のもとで、保持体７は完全な回転を少なくとも７．５回、一層良くは１２〜１５回行わなければならない。
【００７１】
通常の場合には保持体７は、可能なかぎり高く選ばれている回転数ｎで回転すべきであろう。しかし、事情によっては、回転数ｎをより低く選ぶことが望ましいこともあり得る。これは特に、心臓９の運動が厳密に周期的であるときに当てはまる。この場合には保持体７の回転数ｎは好ましくは、直接に相い続く回転角度αの測定データセットが同一の位相範囲１６中もしくは直後に続く周期の位相範囲１６中に取得されるように選ばれる。
【００７２】
従ってたとえば、８０／分の一定（不変）の心拍数および５０ｍｓの継続時間を有する位相範囲１６の仮定のもとに、好ましくは７００ｍｓのうちに保持体７の完全な回転が行われる。
【００７３】
位相範囲１６の位置は再び、像データセットと一緒に取得される心電図１０から決定される。位相範囲１６の位置はその際に原理的に任意である。位相範囲１６はたとえば心臓の静止位相のなかに位置してよい。しかし、位相範囲１６が人間の心臓９の拍動位相１２のなかに位置ことは特に意義がある。
【００７４】
Ｘ線による患者８の負荷が特に小さく保たれなければならないときには、Ｘ線源１は好ましくは心電図１０によりトリガーされる。これにより、患者８が位相範囲１６中のみＸ線源１により透過照射されることが達成される。他方においてＸ線源１がトリガーされないときには、人間の心臓９のすべての位相中に測定データセットが取得される。この場合にはたとえば像再構成の際に後で有意味な位相範囲１６が決定され得る。
【００７５】
図４にはこのような経過の仕方の概要が示されている。ここで像再構成角度範囲βは位相角度範囲δから構成され、その際に直接に相い続く回転角度αの測定データセットは同一の位相範囲１６中もしくは直後に続く周期中に取得されている。
【００７６】
保持体７の回転数ｎがこのように最適化されない場合には、像再構成角度範囲βは、図５に概要を示されているように、一般に純粋に不規則的な順列である位相角度範囲δにより満たされなければならない。
【００７７】
取得された測定データセットから心臓９の像を再構成し得るためには、回転角度αごとに取得された測定データセットから測定データセットが選択されなければならない。そのためには２つの選択方法が利用され得る。
【００７８】
第１の方法によれば、位相範囲１６ごとに位相範囲１６中に取得された測定データセットが各１つの回転角度群１７に統合される。各々の回転角度群１７に対して位相基準点と対応する基準角度εが決定される。たとえば位相基準点は位相範囲６の中央または始端に相当し得る。次いで実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットを選ぶため、回転角度αごとに、基準角度εが最大でその都度の回転角度αと同じくらいの大きさである回転角度群１７が決定される。こうして決定された回転角度群１７のなかで、次いでその都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差が最小である回転角度群１７の測定データセットが利用される。
【００７９】
実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差を手がかりにして有効な時間分解能が求められ、また再構成された心臓９と一緒に出力される。有効な時間分解能は実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットの回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差のすべての差の最大である。
【００８０】
代替的に、再構成角度範囲βは、各１つの部分角度範囲基準角度ξを有する複数個の等しい大きさの部分角度範囲ζに分割され得る。部分角度範囲基準角度ξは基準角度εのように部分角度範囲ζの中央または始端に相当する。部分角度範囲ζごとに次いで、その都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差の絶対値が最小である回転角度群１７の測定データセットが心臓９の像を再構成するために利用される。
【００８１】
この方法では、測定データセットが心臓９の像を再構成するために利用される有効な時間分解能は選ばれる位相範囲よりも大きい。なぜならば、その都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差は一般に零に等しくないからである。従って、有効な時間分解能は、実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差と、部分角度転範囲ζの大きさと、回転数ｎとを手がかりにして求められる。回転数ｎおよび部分角度範囲ζの大きさは最小の時間分解能を生ずる。これは次いで、実際に心臓９の像を再構成するために利用される測定データセットのその都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差により大きくされる。
【００８２】
両方の方法では、回転角度群１７から他の回転角度群１７への切換わりの際に常に時間跳躍が行われる。従って、回転角度群１７からすぐ次の回転角度群１７への移行は不連続的であり得る。このことは再構成の際に像の質の低下に通じ得る。しかし像の質は、このような切換わりの際に測定データセットが重なり範囲のなかで重み付けされて重ね合わされるならば、高められ得る。重なり範囲は少なくとも隣り合う回転角度αに対応付けられている測定データセットを含んでいる。たとえば回転角度群１７の最後の測定データセットはその固有の値については２／３に、後続の回転角度群１７の最初の測定データセットの値については１／３に重み付けされるように変更され得る。同じく次いで後続の回転角度群１７の最初の測定データセットがその固有の値については２／３に、先行の回転角度群１７の最後の測定データセットの値については１／３に重み付けされ得る。このことは図６に破線により概要を示されている。既にこのわずかな変更が再構成された像の顕著な改善に通ずる。
【００８３】
回転角度群１７の測定データセットの重み付けされた重ね合わせにより時間拡幅が行われる。従って重なり範囲の大きさが有効な時間分解能を求める際に考慮に入れられる。このことは訓練された観察者に再構成された像の質の評価を可能にする。
【００８４】
本発明による像再構成方法により特に、患者８の呼吸停止位相のなかで、心臓９の全体を表示し得る質的に価値の高い測定データセットを発生することが可能である。
【００８５】
［付記１］
本発明によれば、次の像再構成方法も考えられるので、付記する。
（１）保持体７に配置されているＸ線源１と、保持体７の上に配置されている検出器ユニット２とを用いて、運動位相１２および静止位相１３を有する周期的に運動する対象物９の像を再構成する装置を制御装置が制御する方法であって、
検出器ユニット２が少なくとも１つの最初の検出器行３および最後の検出器行４を有し、検出器行３、４が回転軸線６に対して少なくともほぼ直角に延び、
保持体７が回転数ｎで回転軸線６の周りを回転し、
複数個の周期中に多数の回転角度αにおいて回転角度αごとに検出器行３〜５によりそれぞれ同時にその都度の回転角度αに対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
対象物９の周期的な運動のそれぞれ１つの位相基準点を有する位相範囲の存在が求められ、測定データセットが少なくともこのような位相範囲１６中に取得され、
位相範囲の継続時間が求められ、周期の数と位相範囲１６中に掃過される位相角度範囲δとからの積が少なくとも対象物９の像を再構成するために必要な再構成角度範囲βに相当し、
測定データセットから三次元の逆投影アルゴリズムを用いて対象物９の像が再構成される像再構成方法。
（２）対象物９が人間の心臓９であり、位相範囲１６が人間の心臓９の拍動位相のなかに位置している。
・位相範囲１６を決定するため人間の心臓９の心電図１０が一緒に取得される。
・対象物９が位相範囲１６中のみ透過照射されるようにＸ線源１が心電図１０を用いてトリガーされる。
（３）保持体７の回転数ｎは、直接に相い続く回転角度αの測定データセットが同一の位相範囲１６中もしくは直接に後に続く周期の位相範囲１６中に取得されるように選定される。
（４）保持体７の回転数ｎは可能なかぎり高く選定される。
（５）取得された測定データセットに対する像再構成方法において、
位相範囲１６ごとに位相範囲１６中に取得された測定データセットが各１つの回転角度群１７に統合され、
各々の回転角度群１７に対して位相基準点と対応する基準角度（ε）が決定され、
回転角度αごとに、基準角度εが最大でその都度の回転角度αと同じくらいの大きさである回転角度群１７が決定され、
こうして決定された回転角度群１７のなかで、その都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差が最小である回転角度群１７の測定データセットが対象物９を再構成するために利用される。
・実際に対象物９を再構成するために利用される測定データセットのその都度の回転角度αとその都度の基準角度εとの間の差を手がかりにして有効な時間分解能が求められ、再構成された対象物９と一緒に出力される。
（６）取得された測定データセットから像を再構成するための方法において、
再構成角度範囲βが、各１つの部分角度範囲基準角度ξを有する複数個の等しい大きさの部分角度範囲ζに分割され、
位相範囲１６ごとに、位相範囲１６中に取得された測定データセットが各１つの回転角度群１７に統合され、
各々の回転角度群１７に対して位相基準点と対応する基準角度εが決定され、
部分角度範囲ζごとに、その都度の部分角度範囲基準角度ξとそのつどの基準角度εとの間の差の絶対値が最小である回転角度群１７の測定データセットが対象物９を再構成するために利用される。
・実際に対象物９を再構成するために利用される測定データセットのその都度の部分角度範囲基準角度ξとその都度の基準角度εとの間の差と、部分角度範囲ζの大きさと、回転数ｎとを手がかりにして有効な時間分解能が求められ、再構成された対象物９と一緒に出力される。
（７）回転角度群１７から他の回転角度群１７への切換わりの際に測定データセットが重み付けされて重ね合わされる。
・隣り合う回転角度αに対応付けられている測定データセットが重み付けされて重ね合わされる重なり範囲の大きさが、有効な時間分解能を求める際に考慮に入れられる。
【００８６】
［付記２］
本発明によれば、次の測定データ取得方法も考えられるので、付記する。
（１）保持体７に配置されているＸ線源１および同じく保持体７の上に配置されている検出器ユニット２を用いて、運動位相１２および静止位相１３を有する周期的に運動する対象物９から測定データを取得する装置を制御装置が制御する方法であって、
検出器ユニット２が少なくとも１つの最初の検出器行３および最後の検出器行４を有し、検出器行３、４が回転軸線６に対して少なくともほぼ直角に延び、回転軸線６に対して平行に検出器高さＤだけ互いに間隔をおかれ、
対象物９が送り速度ｖで回転軸線６に沿って保持体７に対して相対的にずらされ、保持体７が回転数ｎで回転軸線６の周りを回転し、
多数の回転角度αにおいて回転角度αごとに検出器行３〜５によりそれぞれ同時にその都度の回転角度αに対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
対象物９の周期的な運動のそれぞれ１つの位相基準点を有する位相範囲の存在が求められ、測定データセットが少なくともこのような位相範囲１６中に取得され、
送り速度ｖは、対象物９が検出器高さＤだけの送り中に複数個の周期を通過するように選ばれ、
位相範囲の継続時間が求められ、周期の数と位相範囲１６中に掃過される位相角度範囲δとからの積が少なくとも対象物９の像を再構成するために必要な再構成角度範囲βに相当する測定データ取得方法。
（２）対象物９が人間の心臓９であり、位相範囲１６が人間の心臓９の拍動位相のなかに位置している。
・位相範囲１６を決定するため人間の心臓９の心電図１０が一緒に取得される。
・対象物９が位相範囲１６中のみ透過照射されるようにＸ線源１が心電図１０を用いてトリガーされる。
（３）保持体７の回転数ｎは、直接に相い続く回転角度αの測定データセットが同一の位相範囲１６中もしくは直接に後に続く周期の位相範囲１６中に取得されるように選定される。
（４）保持体７の回転数ｎは可能なかぎり高く選定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 コンピュータトモグラフの斜視図。
【図２】 図１によるコンピュータトモグラフの正面図。
【図３】 図１および２によるコンピュータトモグラフの検出器ユニットの正面図。
【図４】 分類方法の概要を示す図。
【図５】 別の分類方法の概要を示す図。
【図６】 重み付け曲線の概要を示す図。
【図７】 測定データセットの取得の概要を示す図。
【図８】 測定データセットの別の取得の概要を示す図。
【符号の説明】
１ Ｘ線源
２ 検出器ユニット
３〜５ 検出器行
６ 回転軸線
７ 保持環
８ 患者
９ 心臓
１０ 心電図（ＥＫＧ）
１１ ピーク
１２ 拍動位相
１３ 静止位相
１４ 直線
１５ バー
１６ 位相範囲
１７ 回転角度群
１８ Ｘ線束
２０ 支台
２１ 測定開口
２２ 発生器装置
２３ 測定領域
２４ 焦点
２５ 焦点軌道
２６ 駆動部
２７ 心電計
２８ 電極
２９ キーボード
３０ マウス
３１ コンピュータ
Ａ 矢印
Ｄ 検出器高さ、検出器行のずれ
ｎ 回転数
ｔ、Ｔ 時間
ｖ 送り速度
ｚ ずれ位置
α 回転角度
β 再構成角度範囲
γ 回転角度
δ 位相角度範囲
ε 基準角度
ζ 部分角度範囲
ξ 部分角度範囲基準角度
Claims (6)
- 保持体（７）に配置されている検出器ユニット（２）を用いて、１つの運動位相（１２）と１つの静止位相（１３）とから成る運動を周期的に繰り返す対象物（９）の像を再構成する装置を制御装置が制御する像再構成方法であって、
検出器ユニット（２）が少なくとも１つの最初の検出器行（３）および最後の検出器行（４）を有し、検出器行（３、４）が回転軸線（６）に対して少なくともほぼ直角に延び、
保持体（７）が回転数（ｎ）により回転軸線（６）の周りを回転し、
各静止位相（１３）の存在が求められ、少なくとも各静止位相（１３）中に多数の回転角度（α）において回転角度（α）ごとに検出器行（３〜５）によりそれぞれ同時にその都度の回転角度（α）に対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
各静止位相（１３）の継続時間が決定され、回転数（ｎ）は、保持体（７）が各静止位相（１３）中に、少なくとも対象物（９）の像を再構成するために必要な再構成角度範囲（β）と同じくらいの大きさの回転角度（γ）だけ回転するように選定され、
測定データセットから三次元の逆投影アルゴリズムを用いて対象物（９）の像が再構成される
ことを特徴とする像再構成方法。 - 保持体（７）に配置されている検出器ユニット（２）を用いて、１つの運動位相（１２）と１つの静止位相（１３）とから成る運動を周期的に繰り返す対象物（９）から測定データを取得する装置を制御装置が制御する方法であって、
検出器ユニット（２）が少なくとも１つの最初の検出器行（３）および最後の検出器行（４）を有し、検出器行（３、４）が回転軸線（６）に対して少なくともほぼ直角に延び、回転軸線（６）に対して平行に検出器高さ（Ｄ）だけ互いに間隔をおかれ、
対象物（９）が送り速度（ｖ）で回転軸線（６）に沿って保持体（７）に対して相対的にずらされ、保持体（７）が回転数（ｎ）で回転軸線（６）の周りを回転し、
周期的に繰り返される運動において各静止位相（１３）の存在が求められ、少なくとも各静止位相（１３）中に多数の回転角度（α）において回転角度（α）ごとに検出器行（３〜５）によりそれぞれ同時にその都度の回転角度（α）に対応付けられている各１つの測定データセットが取得され、
各静止位相の継続時間が決定され、回転数（ｎ）は、保持体（７）が各静止位相（１３）中に、少なくとも対象物（９）の像を再構成するために必要な再構成角度範囲（β）と同じくらいの大きさの回転角度（γ）だけ回転するように選定され、
送り速度（ｖ）は、対象物（９）が１つの運動位相（１２）および２つの再構成時間（Ｔ）の和の間に最大で検出器高さ（Ｄ）だけ回転軸線（６）に沿ってずらされように選ばれ、
再構成時間（Ｔ）が再構成角度範囲（β）を掃過するために必要な時間（Ｔ）である
ことを特徴とする測定データ取得方法。 - 対象物（９）が人間の心臓（９）であることを特徴とする請求項１記載の像再構成方法。
- 静止位相（１３）を決定するため人間の心臓（９）の心電図（１０）が一緒に取得されることを特徴とする請求項３記載の像再構成方法。
- 対象物（９）が人間の心臓（９）であることを特徴とする請求項２記載の測定データ取得方法。
- 静止位相（１３）を決定するため人間の心臓（９）の心電図（１０）が一緒に取得されることを特徴とする請求項５記載の測定データ取得方法。
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