JP4989473B2 - 傾斜した構成を用いた３次元再現方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線源、特にＸ線源が、対象に対して、移動平面上で回転中心の周りを移動し、放射線源は放射線円錐の中心放射線が対象に照射されるように放射線を放射し、中心放射線の対象に対して放射線源と反対の側には、対象を通過して強度の低下した放射線が照射されるように対応して移動する検出器が配設された、対象の３次元断層撮影画像を生成する方法に関する。本発明はさらに、上記方法を実行する装置に関する。

現在の医学において、断層画像の撮影は、身体のそれぞれの検査対象の透視画像を生成する上で重要な技術となっている。ここで対象は、対象の周りを所定の軌道で移動するＸ線源により照射される。この対象の後部の放射線経路上には検出素子の配列を備えた検出器が、対象が投影されるように配設されている。各検出素子はそれぞれ、対象に吸収されて減衰して、配列に照射されたＸ線放射線の一部を受けると、コンピュータにより信号に変換して、画像が生成されるようになっている。

上述の技術では、円錐形構成の放射線を用い、Ｘ線源は対象に光円錐を投射するようになっている。検出素子は、対象の２次元投影が投射される。放射線源と検出器を移動させて、様々な方向からの投影が収集される。ここで、放射線源と検出器はお互いに固定して配置される。この技術は、透視した対象の空間内容（Ｒａｕｍｉｎｈａｌｔ）を再現することを可能にする。特に好ましくは、Ｘ線源と検出器とはそれぞれ、その中心軸をもって対象の周りを囲むように形成されたＣ形弧（Ｃ−Ｂｏｇｅｎ）の端部に配置され、複数の２次元画像が撮影される。この撮影から、対象は３次元に再現される。公知の基本放射線技術（Ｐｒｉｍａｒｓｔｒａｈｌｔｅｃｈｎｉｋ）では、放射線源は、中心放射線を回転軸に対して垂直として、円形または楕円形の移動を行う。

３次元対象を再現するため、フェルドカンプによる基本放射線技術（「実用基本放射線アルゴリズム」Ｌ．Ａ．フェルドカンプ等著、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ／Ａｕｓｇａｂｅ １、第６号、１９８４年６月６日刊行）を用いる。「フィルタ補正逆投影法」（ＦＢＰ）という用語で知られるこの方法では、すべての投影画像は先ずフィルタ処理され、次に空間的な形態に逆投影される。この方法は、業務用の断層撮影スキャナ、特にヘリカルＣＴまたは基本放射線Ｃアームに応用されている。

この種のシステムは、３次元表示を正確に再現可能とするため、構成を較正する必要がある。較正は、スキャン時にオンラインで行うこともできるが、オフラインで行うこともできる。オフラインでの較正は、構成が既知の参照用サンプル（較正用のダミー）を基準として一度行われる。

従来公知の方法には、不規則性に対して比較的敏感であり、特に歯科医療の用途では、アーティファクトに反応するという欠点があった。特に、人間の顎の断層撮影を行う場合には、その品質が歯に存在する金属製歯冠に強く影響されることがある。さらに、従来公知の方法では、身体の個別の解剖学的構造を考慮することは困難であった。

本発明は、簡単な手段で実行可能で、短い放射線照射時間で高画質を確実に実現する個別の方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記方法を実現する機械的に簡単な構造の機械を提供することを目的とする。

上述の目的は、請求項１の特徴を有した方法、および請求項８に記載の装置により実現される。本発明の特に詳細な特徴については、従属する請求項にそれぞれ定義される。

本発明の基本的な着想は、中心放射線が従来のように移動平面上ではなく、移動平面に対してある傾き角度傾斜した、撮影方法および対応する基本放射線装置を提供することにある。移動とは、多くの場合、検査する対象の周りを回転することであるため、中心放射線は回転面に対して傾斜し、したがって、回転軸に対して垂直ではなくなる。

ここで、回転移動とは、ヘリカルＣＴの場合のように、回転軸に沿った直線運動と重複するものを除外しない。このような場合、移動平面は傾斜して、螺旋形を形成する。本発明によると、中心放射線と回転軸はこの場合、９０度とは異なるある角度を形成する。さらに特別な場合では、例えば、下顎を撮影する際に、肩領域には照射しないようにするため、回転移動の面を所定の角度領域で離れ、後に再び移動面に戻ることが有利な場合がある。この場合、放射線源と検出器は、先ず上方に移動してから再び前の移動平面に下がる。この場合、移動はそれ自体で完結している。さらに、このような特別な場合も本発明に含まれる。

画像の再現が数学的により容易であり、画像の解釈可能なコンテンツがより軽いことから、Ｃ形弧を介した従来の検査などで、回転平面が回転軸に対して垂直に配置され、移動経路が楕円形または円形であることが特に有利である。本発明の実施例のさらなる利点は、機械的に容易に実現される点である。本発明の長所は一般的に、放射線照射時間を短縮しながらも、アーティファクトを削減し、画質を大幅に向上している点である。歯科医療の用途における解剖学的な利点について以下、詳細に説明する。

これらの利点は特に、Ｘ線源と検出器からなるシステムの回転軸がＸ線中心放射線に対して常に垂直であった公知のＣ形弧と組み合わせて本発明を実行することにより、さらに発揮される。本発明による中心放射線を回転軸に対して垂直にしない配置でも、システムの較正は同様に可能である。

本発明の格別な利点は機械的な配置にあり、Ｃ形弧を用いた歯科医療用の撮影で発揮される。中心放射線の角度は、放射線の下端がほぼ水平に照射されるように調整することができる。このように調整した構成では、患者の肩を検出器が通過することが容易になる。このため、検出器を患者にさらに近づけることができるようになり、画像の生成量が増加し、装置の寸法を最適化することが可能になる。

さらに、吸収放射線量を考慮しても本発明は有利である。傾斜した構成により、頭蓋骨部など、解剖学的な構造体で、特に放射線に敏感な、または放射線を多く吸収する部位は、放射線経路から遠ざけることができる。こうして、このような解剖学的な構造体の画像が生成される、例えば、強い放射線が反映された測定上のアーティファクトは回避される。このようにして同等の画質を維持しながらも、患者に対する放射線量の削減が可能になる。

さらに、本発明によると、金属製の対象により発生するアーティファクトの削減が可能になるという利点がある。まさにＣ形弧で、例えば、歯に充填物がある場合などで生じる、吸収量の増加（オクルージョン）に起因するこのような金属によるアーティファクトは削減される。吸収量の多い対象は、放射されるＸ線放射線を全て吸収する可能性があるため、撮影されたデータに影響を与え、情報の欠落が生じる。従来の再現アルゴリズムを用いた場合、合計されたデータから逆投影処理する際、情報の損失箇所からアーティファクトが生成される。オクルージョンの場合、合計は不整合となり、許容される領域から外れたデータは飽和状態になる。

異なった角度から撮影された個別の部分放射線をすべて合計して、空間的な表示を再現する、上述のフェルドカンプ再現の原理を用いることは、分析にも有利である。もはや重なる可能性のない、向かい合う角度（０度または１８０度）から投影を観察することは、演算量が少ないために有利である。中心放射線が回転軸に対して垂直ではないため、逆投影時に補正されなかった情報に起因するアーティファクトを小さくすることができる。経験から、補正されなかった情報に起因するアーティファクトの中でも、金属吸収によるアーティファクトは極めて大きいことが示されている。したがって、これによる障害は小さくなる。Ｃ形弧では、基本放射線による再現で既定のオフライン時較正用ダミーを使用することが有利である（Ｍｉｔｓｃｈｋｅ ｅｔ ａｌ．による「Ｘ線画像生成システムの較正用ダミー」米国特許６，７１５，９１８）。このダミーは球から構成され、円形で螺旋状であり、１つのバイナリコードを表す。こうして投影された複数の球が、データに変換可能な参照用サンプルとなる。それぞれの球の位置は３次元空間においても、２次元画像においても既知である。投影マトリクスを反転することによりこの構成を得ることができる。こうして得られた複数のマトリクスを使用して、３次元表示を再現する。このダミーは、それぞれの基本放射線構成において、回転軸、中間放射線、検出器面を任意の配置として用いることを可能にする。本発明は、添付の図面を参照してさらに詳細に説明される。

図１は、Ｘ線放射線源１を備えた基本放射線スキャナシステムの概略を示す図である。放射線源１は、中心放射線３を有する放射線円錐２を放射する。放射線２は、図示されていない対象を通過した後、多数の検出器を有した検出器配列４に照射される。各検出器はそれぞれ、対象を通過して減衰した放射線円錐２の放射線の一部を受ける。後に対象の３次元再現を生成するため、放射線源１と検出器４は軸５の周りを回転する（矢印Ａ）。この回転移動は、平面６に対して平行な平面を画成する。本発明によると、中心放射線３は移動平面６に対して、ある角度α傾斜して延伸している。この角度αは、状況に応じて調整可能である。中心放射線３が検出器４に垂直に照射される図１ａに示す例とは異なり、図１ｂに示す例では、検出器４が回転軸５に対して平行に配置されている。この２つの実施例は、数学的分析に基づく形式のみが異なっている。

図２は、軸７の周りを回転可能な、Ｘ線源８と傾斜して配設された検出器９との「Ｃ形弧」を示している。放射線円錐１０は、患者１１の頭蓋骨下部を透過している。図から明らかなように、Ｘ線源８と検出器９との傾きは、放射線の下端１２が水平となるように選択する。このように配置することにより、肩に放射線が照射されることを回避しながらも、検出器９を患者１１に対して比較的近くに接近させることが可能となる。

図３には、患者の下顎１２を描いた「Ｃ形弧」と類似した配置が示されている。下顎の歯には、金属製の充填物１３が詰められている。領域１４の放射線はこの充填物により覆われ、再現画像にはアーティファクトが発生する。しかしながら、傾斜して配置されているため、３つの充填物１３全てではなく、基本的に１つの充填物のみがアーティファクトの原因となっていることは明らかである。このようにしてオクルージョンは回避される。

放射線源と検出器を有した基本放射線スキャナシステムの概略図である。 歯科医療用の傾斜した構成の基本放射線スキャナを示す図である。 歯の充填物を貫通した放射線を示す図である。

Claims (8)

1. 放射線源（１、８）は、対象に対して、移動平面（６）上で回転中心の周りを移動し、前記放射線源（１、８）は放射線円錐（２、１０）の中心放射線（３）が前記対象に照射されるように放射線を放射し、前記中心放射線（３）により照射される前記対象に対して前記放射線源（１、８）と反対の側には、対応して移動しかつ前記対象に起因して強度の低下した放射線により照射される検出器（４、９）が配設された、前記対象の３次元断層撮影画像を生成する方法において、
   前記移動平面（６）に対して前記中心放射線（３）がある角度傾斜するように前記移動が行われ、
   前記放射線源（１、８）と前記検出器（４、９）とからなるシステムは、回転時に回転軸に沿って移動し、かつ、
   前記放射線源（１、８）および／または前記検出器（４、９）の傾き角度は、前記移動の最中に変化し、
   前記傾き角度は、前記移動平面（６）との関係で傾きが定義される角度であることを特徴とする方法。
2. 前記検出器（４、９）は複数の検出素子の配列を有し、前記対象は、前記移動時に前記配列に投影され、前記複数の検出素子により前記移動時に収集された信号から３次元情報を有した断層撮影画像が生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記放射線源（１、８）は円錐断面の軌道で対象の周りを回り、前記中心放射線（３）の放射線経路に配置された前記検出器（４、９）はこれに対応して移動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記検出器（４、９）の配列は前記放射線円錐（２、１０）により照射され、前記検出器（４、９）の配列の作動面は、前記中心放射線（３）に対して垂直に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の方法。
5. 前記検出器（４、９）の配列は前記放射線円錐（２、１０）により照射され、前記検出器（４、９）の配列の作動面は、回転軸（５）に対して平行に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の方法。
6. 放射線源（１、８）と検出器（４、９）とを備え、前記放射線源（１、８）の放射線円錐（２、１０）は前記検出器（４、９）の検出素子の配列に照射され、回転軸（７）の周りに回転可能である、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の方法を実行する装置において、
   前記放射線円錐（２、１０）の中心放射線（３）は回転面に対して傾斜して配置され、
   前記放射線源（１、８）と前記検出器（４、９）とからなるシステムは、回転時に回転軸に沿って移動し、かつ、
   前記放射線源（１、８）および／または前記検出器（４、９）の傾き角度は、前記移動の最中に変化し、
   前記傾き角度は、前記移動平面（６）との関係で傾きが定義される角度であることを特徴とする装置。
7. 前記放射線源（１、８）および／または前記検出器（４、９）の傾き角度は、調整可能であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記放射線円錐（２、１０）の放射線下端（１２）は、回転時に水平面と重なることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の装置。

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