JP6139091B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮像装置（ｘ線ｃｔ装置）及びｘ線コンピュータ断層撮像装置の作動方法 - Google Patents

Description

一般に画像処理およびシステムに関し、より詳細には、ヘリカルコーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＴ）におけるストリークアーチファクトの大幅な軽減に関する。

冗長データの重み付けは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）においてヘリカルコーンビームデータから画像を再構成する重要なステップの１つである。この重み付けは、再構成の精度、モーションアーチファクトのサセプタビリティ、およびノイズを含む種々の面に影響を及ぼす。従来技術では、コーンビーム重み付け（ＣＢＷ：cone beam weighting）は、コーンビームアーチファクトを軽減し、検出器の利用率を向上させ、画像ノイズを軽減するために、広いコーン角を持つヘリカルＣＴで用いられる。従来技術の手法では、通常、ビュー範囲が１回転より小さい１−ＰＩ再構成の場合を考えている。しかし、臨床現場において最も有用なヘリカルＣＴは、各スライスに対して１回転と２回転の間の再構成ビュー範囲を用いる。

ｕＣＢＷなどのＣＢＷ重み付け関数は、いくつかの方法で実施することができる。一般に、実装形態を問わず、ストリークアーチファクトは、回転が１回以上のときに画像面付近のＺ位置でのＣＢＷ関数の特異点によって引き起こされる。具体的には、画像面が検出器列のごく一部に投影するとき、非線形のｕＣＢＷは、すべての画像ピクセルに対して正確に決定できるわけではない。言い換えれば、重み付け関数は、一般に検出器のサイズより小さくなる。したがって、ＣＢＷ重み付けの誤差はストリークアーチファクトとして現れる。

従来技術の上記およびその他の問題を考慮すると、望ましいストリークアーチファクト軽減技法は、ヘリカルコーンビームＣＴの画質を向上させるために今もなお求められている。目的は、新たなストリークアーチファクト軽減技法を実現するＸ線コンピュータ断層撮像装置及びＸ線コンピュータ断層撮像装置の作動方法を提供することである。

本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮像装置は、コーン形状のＸ線を曝射するＸ線管と、複数の検出素子からなる検出素子列が列方向に複数配列された検出器と、を用いてヘリカルスキャンを実行することにより、実測データを取得する撮像ユニットと、所定の検出素子列近傍での減少されたサンプリングピッチを用いて補間データを得るために、前記列方向に前記実測データをサンプリングするサンプリングユニットと、前記実測データ及び前記補間データのそれぞれに関する重み係数を決定する決定ユニットと、前記重み係数、前記実測データ、前記補間データを用いた画像再構成を実行することで、再構成画像を生成する再構成ユニットと、を具備し、前記サンプリングユニットは、適応サンプリング要素を用いて前記補間データを生成するものである。

図１は、本実施形態による、ストリークアーチファクトを大幅に軽減するためのマルチスライスＸ線ＣＴ装置またはスキャナの一実施形態を示す図。 図２は、本実施形態によってストリークアーチファクトを大幅に軽減する理由の一態様を示す図。 図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、マルチスライスＸ線ＣＴ装置の一実施形態におけるセグメントと１つの重み付け関数との関係を示す図。 図４は、本実施形態によってストリークアーチファクトを大幅に軽減するための特定の解決策を示す図。 図５Ａは、本実施形態におけるストリークアーチファクト軽減処理に関与する、全般的だが中核をなすステップを示す流れ図。 図５Ｂは、本実施形態におけるストリークアーチファクト軽減処理でアップサンプリングするための選定ステップを示す流れ図。 図５Ｃは、本実施形態による１つの例示的なストリークアーチファクト軽減処理に関与する全体的なステップを示す流れ図。 図５Ｄは、本実施形態による別の例示的なストリークアーチファクト軽減処理に関与する全体的なステップを示す流れ図。 図６（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態によってストリークアーチファクトを大幅に軽減するためのアップサンプリングの特定の態様を示す図。 図７Ａは、本実施形態による一比較例における大幅なストリークアーチファクト軽減の効果を示す図。 図７Ｂは、本実施形態による一比較例における大幅なストリークアーチファクト軽減の効果を示す図。 図８Ａは、本実施形態による別の比較例における大幅なストリークアーチファクト軽減の効果を示す図。 図８Ｂは、本実施形態による別の比較例における大幅なストリークアーチファクト軽減の効果を示す図。

ここで図面を参照すると、同じ参照番号はすべての図面を通して対応する構造を示すが、特に図１を参照すると、図は、ガントリ１００と他のデバイスまたはユニットとを含む、本実施形態によるマルチスライスＸ線ＣＴ装置またはスキャナの一実施形態を示す。ガントリ１００は、側面図にて示されており、Ｘ線管１０１と、環状フレーム１０２と、多列または２次元配列型のＸ線検出器１０３とをさらに含む。Ｘ線管１０１およびＸ線検出器１０３は、環状フレーム１０２上の被検体（subject）Ｓを横切る対角線上に取り付けられ、環状フレーム１０２は、回転軸ＲＡのまわりに回転可能に支持される。回転ユニット１０７が、フレーム１０２を０．４秒／回転などの高速で回転させ、その間、被検体Ｓは、軸ＲＡに沿って、図示の紙面に対する奥行き方向または手前方向に移動される。

マルチスライスＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管１０１がＸ線を生成するようにスリップリング１０８を介してＸ線管１０１に印加されるべき管電圧を生成する高電圧発生装置１０９をさらに含む。Ｘ線は被検体Ｓに向かって照射され、被検体Ｓの断面積は円によって表されている。Ｘ線検出器１０３は、被検体Ｓを透過した照射されたＸ線を検出するために、被検体Ｓを挟んでＸ線管１０１の反対側にある。

さらに図１を参照すると、Ｘ線ＣＴ装置またはスキャナは、Ｘ線検出器１０３からの検出信号を処理するための他のデバイスをさらに含む。データ収集回路またはデータ収集システム（ＤＡＳ）１０４は、各チャンネルに対してＸ線検出器１０３から出力された信号を電圧信号に変換し、それを増幅して、さらにデジタル信号に変換する。Ｘ線検出器１０３およびＤＡＳ１０４は、１回転あたりの所定の全投影数（ＴＰＰＲ：total number of projections per rotation）を、最大で９００ＴＰＰＲ、９００ＴＰＰＲから１８００ＴＰＰＲの間、および９００ＴＰＰＲから３６００ＴＰＰＲの間となるよう対処するように構成される。

上述のデータは、非接触データ伝送装置１０５を通して、ガントリ１００の外部のコンソールに収容された前処理デバイス１０６に送られる。前処理デバイス１０６は、生データに対して感度補正などの特定の補正を実行する。次に、その結果として生成されるデータ（投影データとも呼ばれるデータ）を、記憶デバイス１１２が再構成処理の直前の段階で記憶する。記憶デバイス１１２は、データ／制御バスを介して、再構成デバイス１１４、入力デバイス１１５、表示デバイス１１６、マルチスケール処理デバイス１１７、およびスキャンプラン支援装置２００と共に、システムコントローラ１１０に接続される。スキャンプラン支援装置２００は、撮像技師がスキャンプランを策定するのを支援するための機能を含む。

再構成デバイス１１４の一実施形態は、種々のソフトウェア構成要素とハードウェア構成要素とをさらに含み、投影データに対する所定の解析再構成処理を実行する。本実施形態によれば、ＣＴ装置の再構成デバイス１１４は、有利には、所定のフィルタ補正逆投影（ＦＢＰ）法を用いて画像ボリュームを再構成する。上述およびその他の実施形態は、任意選択で、添付の特許請求の範囲により詳細に記載されている範囲に含まれる。

本実施形態の別の態様によれば、ＣＴ装置の再構成デバイス１１４は、有利には、逐次近似再構成法を用いて全変動（ＴＶ）を最小化する。一般に、本実施形態の再構成デバイス１１４は、全変動逐次近似再構成（ＴＶＩＲ）アルゴリズムを実施する。ＴＶＩＲアルゴリズムは、投影データに対して、オーダードサブセット同時代数的再構成法（ＯＳ−ＳＡＲＴ）ステップなどの同時的代数的再構成法と、ＴＶ最小化ステップなどの調整とを実行する。一実施形態では、この２つのステップは、反復数があらかじめ設定されているメインループにおいて連続して実施される。

ＴＶ最小化ステップの前に、投影データは、オーダードサブセット同時代数的再構成法（ＯＳ−ＳＡＲＴ）に供される。投影データは、それぞれ特定数のビューを有する所定数のサブセットＮにグループ化される。一実施形態では、オーダードサブセット同時代数的再構成法（ＯＳ−ＳＡＲＴ）の実施中に、各サブセットが連続して処理されてもよい。別の実施形態では、複数のサブセットは、複数の中央処理装置（ＣＰＵ）または１つのグラフィック処理装置（ＧＰＵ）などの特定のマイクロプロセッサを利用して並列に処理されてもよい。全変動（ＴＶ）最小化ステップにおいて、再構成デバイス１１４の一実施形態では、現在の画像ボリュームの目的関数が前の画像ボリュームの目的関数より小さくなるように正のステップ幅（step size）を探索するために直線探索方式を用いる。

再構成デバイス１１４はまた、オーダードサブセット同時代数的再構成法（ＯＳ−ＳＡＲＴ）の実施中に、２つの主要な動作を実行する。すなわち、再構成デバイス１１４は、各サブセットＮに対して、計算上の投影データを生成するために画像ボリュームを再投影し、更新画像ボリュームを再構成するために、実測の投影データと計算上の投影データとの正規化された差分を逆投影する。さらに詳細には、再構成デバイス１１４の一実施形態では、システムマトリックスの係数がキャッシュされないレイトレーシング法を用いることによって、画像ボリュームを再投影する。さらに、再構成デバイス１１４の一実施形態では、サブセット内のすべてのレイを同時に再投影し、この処理は任意選択で並列に実施される。逆投影において、再構成デバイス１１４の一実施形態では、所望の更新画像ボリュームを生成する目的でサブセット内のすべての正規化された差分投影データを逆投影するためにピクセルドリブン（pixel-driven）法を用いる。再構成デバイス１１４が、画像ボリュームを生成するためにサブセット内のすべてのレイサム（すなわち差分投影データ）を逆投影するので、この動作も任意選択で並列に実施される。これらの動作は、単一のＯＳ−ＳＡＲＴステップを完了するために、すべてのサブセットＮに適用される。さらに、ＡＷＡＤは任意選択で組み合わされる。

本実施形態は、上述の構成要素に加えて、ストリークアーチファクト軽減を実行するための種々の他のソフトウェアモジュールとハードウェア構成要素とをさらに含む。本実施形態によれば、ＣＴ装置のストリークアーチファクト軽減デバイス１１７は、有利には、特定の状況下でストリークアーチファクトを大幅に軽減するためのストリークアーチファクト軽減機能を実行する。つまり、所定のＣＢＷ関数などの重み付け関数は、一般に、らせん状の線源軌道上で収集される特定のコーンビームデータ検出器のサイズより小さくなる。したがって、ＣＢＷ重み付けの誤差はストリークアーチファクトとして現れる。この問題については、本願の他の図を参照してさらに説明する。

本実施形態の別の態様によれば、ストリークアーチファクト軽減デバイス１１７の一実施形態は、仮想列（hypothetical row）のデータ値を追加するために実測データをアップサンプリングすることによって所望の効果を達成する。本願で用いられる「アップサンプリング」という用語は、当技術分野ではよく知られており、実測データからの追加データを追加するための補間を含む。言い換えれば、実施形態では、数値的に追加された（numerically added）データ点に基づいてサンプリング密度レベルを上げるために実測データをアップサンプリングする。アップサンプリングデータを追加するため、ストリークアーチファクト軽減デバイス１１７はさらに、そのアップサンプリング効果の程度を決定する。たとえば、ストリークアーチファクト軽減デバイス１１７は、アップサンプリングが行われるビューの数と、いくつかの追加データ点を追加するためのアップサンプリングの幅を限定する要素とを決定する。

本実施形態では、ストリークアーチファクト軽減デバイス１１７は、他のソフトウェアモジュールおよび／または記憶デバイス１１２、再構成デバイス１１４、表示デバイス１１６、および入力デバイス１１５などのシステム構成要素にデータ／制御バスを介して動作的に接続される。この点に関して、本実施形態の他の態様では、ストリークアーチファクト軽減デバイス１１７単独では、必ずしもストリークアーチファクト機能および／またはそれに関連するタスクを実行しない。そのうえ、本実施形態による代替実施形態では、ストリークアーチファクト軽減デバイス１１７は、任意選択で再構成デバイス１１４などの他のデバイスの一部である。

図２は、本実施形態によってストリークアーチファクトを大幅に軽減する理由の一態様を示す図である。この図は、心臓などの細い対象Ｏが、所定のらせん状の軌道上にある線源Ｓに対して相対的な位置にある例示の状況を示す。この例示の状況は、線源位置Ｓが対象Ｏの画像スライスＩＳの近傍にあることも示す。画像面は、単一の検出器列すなわちセグメントｓｅｇ０のごく一部に投影する。撮像視野（ＦＯＶ）は対象Ｏの画像Ｉを単一セグメントｓｅｇ０上に投影するが、所定の逆投影（ＢＰＪ）法では、中央のセグメントｓｅｇ０とそれに隣接するセグメントｓｅｇ＋１およびｓｅｇ−１とを含む合計３つのＢＰＪセグメントの再構成が必要となる。例示の状況では、所定のコーンビーム重み付け（ＣＢＷ）関数などの冗長な重み付けは、隣接するセグメントｓｅｇ＋１およびｓｅｇ−１では不安定になる。一般に、不安定性は、ＣＢＷ関数の強い非線形性によって引き起こされる。

次に図３（ａ）と、図３（ｂ）と、図３（ｃ）とを参照すると、これらの図は、マルチスライスＸ線ＣＴ装置の一実施形態におけるセグメントとある重み付け関数の関係を示す。図３（ａ）は、ｙ軸がセグメントを表し、ｘ軸がチャンネルまたはピクセルを表すグラフである。図３（ｂ）は、ｙ軸に所定のＣＢＷ関数の重みを、ｘ軸にセグメントを表すグラフである。図３（ｂ）に示すように、セグメント値が７９．６から７９．６６の間にあるとき、所定のチャンネル（ｃｈ＝１）に沿った線プロファイル（line profile）に対するＣＢＷ値は大きく変化する。同様に、図３（ｃ）は、ｙ軸に所定のＣＢＷ関数の重みを、ｘ軸にセグメントを表すグラフである。図３（ｃ）に示すように、セグメント値が７９．６から７９．６６の間にあるとき、所定のチャンネル（ｃｈ＝４４８）に沿った線プロファイルに対するＣＢＷ値は大きく変化する。狭い範囲のセグメントに対してＣＢＷ関数が強い非線形性を示すために、ＣＢＷ関数は、図３（ａ）に示すように、すべての画像ピクセル値に正確に重みを付けることはできない。

図４は、本実施形態によってストリークアーチファクトを大幅に軽減するための特定の概念的解決策を示す図である。図２に関してすでに説明したように、例示の状況は、所定のらせん状の軌道上の線源Ｓに対して相対的な位置にある心臓などの細い対象Ｏを含む。この例示の状況は、線源位置Ｓが対象Ｏの画像スライスＩＳの近傍にあることも示す。画像面は、単一の検出器列すなわちセグメントｓｅｇ０のごく一部に投影する。撮像視野（ＦＯＶ）は対象Ｏの画像Ｉを単一セグメントｓｅｇ０上に投影するが、所定の逆投影（ＢＰＪ）法では、中央のセグメントｓｅｇ０とそれに隣接するセグメントｓｅｇ＋１およびｓｅｇ−１とを含む合計３つのＢＰＪセグメントの再構成が必要となる。例示の状況では、所定のコーンビーム重み付け（ＣＢＷ）関数の使用などの冗長な重み付けは、隣接するセグメントｓｅｇ＋１およびｓｅｇ−１では不安定になる。図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）に関して説明したように、一般に、不安定性は、ＣＢＷ関数の強い非線形性によって引き起こされる。したがって、ＣＢＷ重み付けの誤差はストリークアーチファクトとして現れる。

さらに図４を参照すると、本実施形態では、ストリークアーチファクトを大幅に軽減するための１つの例示的な解決策は、アップサンプリングを伴う。本実施形態では、アップサンプリングは、任意選択で、上述の画像のＺ位置の近傍に適用される。つまり、アップサンプリング動作によって新たに生成されたデータ点は、セグメントｓｅｇ０の画像Ｉの周囲の近くにある点ｓｅｇ＋１’およびｓｅｇ−１’の近傍にのみ追加される。ＦＯＶは再構成中に引き続き３つのセグメントを必要とするが、ＣＢＷなどの所定の関数による重みは、追加でアップサンプリングされたデータ点によりすべてのセグメントに対して十分に定義される。アップサンプリング動作の詳細については、本願の以下の流れ図と他の図とを参照してさらに説明する。

図５Ａは、本実施形態におけるストリークアーチファクト軽減処理に関与する全般的なステップを示す流れ図である。ストリークアーチファクトを大幅に軽減する例示の処理では、実測データは、特定のコーンビーム角を用いて所定のらせん状のデータ収集技法によって収集されたと仮定する。ステップＳ１００では、実測データは、本実施形態によりストリークアーチファクトを大幅に軽減する例示の処理においてアップサンプリングされる。任意選択で、アップサンプリングステップＳ１００では、どのビューをアップサンプリングするかを決定する。そのうえ、アップサンプリングステップＳ１００では、任意選択で、どのくらいアップサンプリングするべきかも決定する。つまり、一例では、任意選択のアップサンプリングステップＳ１００において、既存の実測データから補間されるべき追加データの数を決定する。一実装形態では、「Ｕｆａｃｔｏｒ」などのパラメータの値が補間特性を決定する。アップサンプリングステップＳ１００は、本実施形態による大幅なストリークアーチファクト軽減を行う目的で上記の動作パラメータ値を決定するためのいかなる特定の技法、式、または方法にも限定されない。

アップサンプリングステップＳ１００は、本実施形態によるストリークアーチファクト軽減処理の最適化に関する追加の決定を下す。たとえば、ビューの数は、本実施形態による例示のストリーク軽減処理が特定のレベルの向上した画質を達成するために不必要に大量のデータを有さないような最適化に関連する。一実装態様では、ビューの数は、実測データの一連の所定の基準または特性に基づいて決定される。アップサンプリングステップＳ１００の一態様によれば、アップサンプリングされるべきビューの数は、実測データセット全体に対して固定的に決定される。あるいは、上述のビューの数は、任意選択で、実測データの特定の所定の基準または特性により適応的な形で決定される。アップサンプリングステップＳ１００は、本実施形態による大幅なストリークアーチファクト軽減を行う目的で上述の動作方法を決定するためのいかなる特定の技法、式、または方法にも限定されない。

本実施形態におけるアップサンプリングステップＳ１００は、上述の動作パラメータを用いて、最初に実測されたデータに基づいて追加データを実際に生成する。追加データを生成する例示の一技法は、アップサンプリングでよく知られている３重線形補間（trilinear interpolation）である。アップサンプリングステップＳ１００は、本実施形態による大幅なストリークアーチファクト軽減を行う目的で最初に実測されたデータに基づいてデータ値を追加または補間するためのいかなる特定の技法、式、または方法にも限定されない。

アップサンプリングステップＳ１００の後、次にステップ１１０が、ＣＢＷなどの所定の重み付け関数に従って、上述のアップサンプリング動作の結果として得られた実測ヘリカルコーンビームデータおよび補間データを含むこの時点で使用可能なデータに対応する冗長な重みを決定する。この重みは、本実施形態による１つの例示的処理では、再構成の前の投影データのすべてに対して決定される。任意選択で、重みが決定されると、この時点で使用可能なデータは、重み付けされた投影データを生成するために重みを適用することによって、重みを付けられる。本実施形態による別の例示的処理では、画像が再構成されると、重みが任意選択で決定される。

最後に、次にステップＳ１２０では、以前に決定されたデータに基づいて画像を再構成する。ステップＳ１２０の１つの例示的再構成ステップでは、画像は、ステップＳ１１０からの重み付けされた投影データに基づいて再構成される。ステップＳ１２０の別の例示的な再構成ステップでは、画像は、この時点で使用可能なデータおよびステップＳ１１０からの対応する重みに基づいて再構成される。したがって、再構成画像は、大幅に軽減された量のストリークアーチファクトを含む。そのうえ、本実施形態によるストリークアーチファクト軽減処理は、本実施形態による大幅なストリークアーチファクト軽減を行う目的で画像を再構成するためのいかなる特定の技法、式、順序、または方法にも限定されない。

図５Ｂは、本実施形態におけるストリークアーチファクト軽減処理でアップサンプリングするための任意選択の選定ステップを示す流れ図である。ステップＳ１０２は、上述のアップサンプリングステップＳ１００で実行される。適応アップサンプリング選定ステップＳ１０２では、任意選択で、アップサンプリング動作が所定の適応的な形で実行されるかどうかに関して決定する。一実装形態では、特定のパラメータは、アップサンプリング動作に対して適応的に変化されるかまたは固定される。たとえば、パラメータとしては、アップサンプリングされるべきビューの数と、新規データ点を追加するための補間の幅（width of interpolation）がある。補間幅は、本願ではＵｆａｃｔｏｒとも呼ばれる。ステップＳ１０２において、アップサンプリング動作が適応的な形で実行されないことが決定された場合、アップサンプリング動作は、１つの例示的な固定アップサンプリングステップＳ１０６において固定パラメータ値を用いて実測データセット全体に対して実行される。同じ例を用いると、Ｕｆａｃｔｏｒは、アップサンプリングされるべき現在のビューの位置に関係なく単一の値に設定される。

さらに図５Ｂを参照すると、ステップＳ１０２において、アップサンプリング動作が適応的な形で実行されることが決定された場合、アップサンプリング動作は、１つの例示的な適応アップサンプリングステップＳ１０４において可変パラメータ値を用いて実測データセットに対して実行される。同じ例を用いると、ビューの数は、１つの例示的な適応アップサンプリングステップＳ１０４で次の式に従ってＵｖｉｅｗとして適応的に決定される。

上式で、ｃｅｉｌは所定の関数であり、Ｔｓｅｇ_MINは追加するべき全セグメントの最小数であり、ＶｉｅｗＲｅｖは１回転あたりのビューの数であり、ＨＰはヘリカルピッチである。

そのうえ、アップサンプリング動作のビューの範囲は、Ｕｖｉｅｗに対して決定される。つまり、ビューがアップサンプリングを開始および終了するところである。ＶｉｅｗＰｒｏｃｅｓｓが常に偶数であると仮定して、開始ビューおよび終了ビューはそれぞれ、次のようにＵｖｉｅｗ＿ｓｔａｒｔとＵｖｉｅｗ＿ｅｎｄとして、式（１）のＵｖｉｅｗについて定義される。

上式で、

であり、ＶｉｅｗＰｒｏｃｅｓｓはアップサンプリングで処理するべきビューの数である。

同様に、Ｕｆａｃｔｏｒは、１つの例示的な適応アップサンプリングステップＳ１０４で次の式に従って適応的に決定される。

上式で、Δｖｉｅｗは中心ビューからの距離であり、Ｔｓｅｇ_MINは追加するべき全セグメントの最小数であり、ＶｉｅｗＲｅｖは１回転あたりのビューの数であり、ＨＰはヘリカルピッチである。そのうえ、Δｖｉｅｗは次のように定義される。

上式で、ＶｉｅｗＰｒｏｃｅｓｓはアップサンプリングで処理するべきビューの数であり、ｖｉｅｗは、０からＶｉｅｗＰｒｏｃｅｓｓ−１までの現在のビューインデックスである。

本実施形態において、上記の適応アップサンプリングステップＳ１０４では、適応アップサンプリング動作の２つの例示的態様が示されている。適応アップサンプリングパラメータは、これらの２つの例示的態様に限定されない。この点に関して、適応アップサンプリングステップＳ１０４は、本実施形態による大幅なストリークアーチファクト軽減を行う目的で上記の動作パラメータ値を決定するためのいかなる特定の技法、式、または方法にも限定されない。

次に図５Ｃを参照すると、流れ図は、本実施形態による１つの例示的なストリークアーチファクト軽減処理に関与する全体的なステップを示す。この点に関して、図５Ａおよび図５Ｂに関して説明したアップサンプリング動作のいくつかの態様は、本実施形態によるストリークアーチファクト軽減処理の一実施形態において異なるように系統立てられている。ストリークアーチファクトを大幅に軽減する例示の処理では、実測データは、特定のコーンビーム角を用いて所定のらせん状のデータ収集技法によって収集されている。ステップＳ２００では、上記の実測データは、さらなる処理のために入力される。ステップＳ２１０では、実測データの一部が、アップサンプリングされるべき一連のビューに属するかどうかが決定される。この決定は、さまざまな異なる方法で行われる。たとえば、式（１Ａ）および式（１Ｂ）は、任意選択で、ステップＳ２１０における決定のために用いられる。ステップＳ２１０において、ビューがアップサンプリングされないと決定された場合、例示の処理はステップＳ２３０に進む。一方、ステップＳ２１０において、ビューがアップサンプリングされるべきであると決定された場合、例示の処理はステップＳ２２０に進み、ステップＳ２２０では、アップサンプリング動作が、補間などの所定の技法により追加のデータ点を生成するために行われる。

さらに図５Ｃを参照すると、ステップ２３０では、ＣＢＷなどの所定の重み付け関数に従って、この時点で使用可能なデータに対応する冗長な重みを決定する。ステップＳ２２０が実行された場合、この時点で使用可能なデータとしては、実測ヘリカルコーンビームデータと、上述のアップサンプリング動作の結果として得られた補間データとがある。一方、ステップＳ２２０が実行されなかった場合、この時点で使用可能なデータとしては、実測ヘリカルコーンビームデータのみがある。重みが決定されると、この時点で使用可能なデータは、重み付けされた投影データを生成するために重みを適用することによって、重みを付けられる。その後、次にステップＳ２４０では、以前に決定されたデータに基づいて画像を再構成する。
所定のコーンビーム重み付け関数をＷ _CBW とした場合、Ｗ _CBW は、

ただし、β：それぞれファン角度、（γ，ｖ）：垂直座標におけるビュー角および検出器座標、上付き添え字Ｃ：相補
によって決定される非線形関数である。

上述のステップＳ２１０からＳ２４０は、図５に示されるステップＳ２５０で決定される実測データの残りの部分に対して繰り返される。ステップＳ２５０で、実測データのすべての部分が処理されたと判断された場合、本実施形態によるステップＳ２６０における例示の処理では、ステップＳ２４０からの上記の再構成画像部分を結合する。したがって、結合された再構成画像は、大幅に軽減された量のストリークアーチファクトを含む。

ストリークアーチファクトを大幅に軽減する上述の処理では、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃの他の流れ図に関して説明した一連の他の特徴を任意選択で組み合わせる。たとえば、ｕＶｉｅｗなどのビューの数とｕＦａｃｔｏｒなどの補間幅とを含むアップサンプリング特性は、任意選択で、適応パラメータと固定パラメータとを組み合わせたものである。いずれの場合にも、本実施形態によるストリークアーチファクト軽減処理は、本実施形態による大幅なストリークアーチファクト軽減を行う目的で画像を再構成するためのいかなる特定の技法、式、順序、または方法にも限定されない。

次に図５Ｄを参照すると、流れ図は、本実施形態による別の例示的なストリークアーチファクト軽減処理に関与する全体的なステップを示す。この点に関して、図５Ａおよび図５Ｂに関して説明したアップサンプリング動作のいくつかの態様は、本実施形態によるストリークアーチファクト軽減処理のこの実施形態において異なるように系統立てられている。ストリークアーチファクトを大幅に軽減する例示の処理では、実測データは、特定のコーンビーム角を用いて所定のらせん状のデータ収集技法によって収集されている。ステップＳ３００では、上記の実測データは、さらなる処理のために入力される。実測データは、中心ビューからなる第１グループと残りのビューからなる第２のグループとを含む２つのサブセットに分割される。中心ビューは、任意選択で所定の基準によって定められ、典型的には２０から４０の数のビューを有する。一般に、本実施形態の大幅なストリークアーチファクト軽減処理では、中心ビューをアップサンプリングして残りのビューをアップサンプリングしないことによって、中心ビューを処理する。

さらに図５Ｄを参照すると、ステップＳ３１０からＳ３７０では、中心ビューを処理する。ステップＳ３１０では、２０から４０の数の中心ビューを選択する。中心ビューは、本実施形態では、任意選択で式（１）と式（１Ａ）と式（１Ｂ）との組み合わせによって選択される。ステップＳ３５０では、アップサンプリング動作が中心ビューに対して実行される。アップサンプリング動作は、図５Ａから図５Ｃに関して上述した特徴を組み合わせたものを有する。たとえば、ｕＶｉｅｗなどのビューの数とｕＦａｃｔｏｒなどの補間幅とを含むアップサンプリング特性は、任意選択で、適応パラメータと固定パラメータとを組み合わせたものである。ステップＳ３６０では、ＣＢＷなどの所定の重み付け関数に従って、中心ビュー上のこの時点で使用可能なデータに対応する冗長な重みを決定する。この時点で使用可能なデータとしては、実測ヘリカルコーンビームデータと、上述のアップサンプリング動作の結果として得られた補間データとがある。重みが決定されると、この時点で使用可能なデータは、重み付けされた投影データを生成するために、対応する重みを適用することによって、重みを付けられる。その後、次にステップＳ３７０では、以前に決定されたデータに基づいて画像を再構成する。

一方、ステップＳ３２０からＳ３４０では、残りのビューを処理する。ステップＳ３２０で選択された残りのビューに対して、アップサンプリングは実行されない。本実施形態の例示の処理では、ステップＳ３３０で重みを決定および／または適用するだけで残りのビューを処理する。そのうえ、本実施形態の例示の処理では、ステップＳ３３０の後、ステップＳ３４０で残りのビューに基づいて画像を再構成する。最後に、本実施形態によるステップＳ３８０における例示の処理では、ステップＳ３４０とＳ３７０からの上記の再構成画像部分を結合する。したがって、結合された再構成画像は、大幅に軽減された量のストリークアーチファクトを含む。

上述のように、ストリークアーチファクト軽減処理では、本実施形態によるステップＳ３１０からＳ３７０で中心ビューに対して、ステップＳ３２０からＳ３４０において残りのビューに対して所定の動作を行う。この点に関して、これらのステップは、順次行われてもよいし、並列で行われてもよい。ストリークアーチファクト軽減処理の一実装形態では、中心ビューと残りのビューに対して同時に動作が行われる。つまり、ステップＳ３１０からＳ３７０の第１のグループとステップＳ３２０からＳ３４０の第２のグループは並列に実行される。いずれの場合にも、本実施形態によるストリークアーチファクト軽減処理は、本実施形態による大幅なストリークアーチファクト軽減を行う目的で画像を再構成するためのいかなる特定の技法、式、順序、または方法にも限定されない。

図６は、本実施形態によってストリークアーチファクトを大幅に軽減するためのアップサンプリングの特定の態様を示す図である。例示の一実施形態は、ｕＦａｃｔｏｒまたはＵとセグメントの数との関係を示す。一例として、図６（ａ）を参照すると、Ｕ＝１では、セグメント０から３を含む４つのセグメントがあると仮定して、各セグメントは１つのデータ点を有する。図６（ｂ）は、Ｕ＝２において、セグメントの数は現在のレベルでのＵ値とＵ＝１での当初のセグメント数との積であるので、０から７の８つのセグメントがあることを示す。Ｕ＝２において、各セグメントはこの時点で、補間された追加のデータ点を１つ有する。同様に、図６（ｃ）は、Ｕ＝４において、セグメントの数は現在のレベルでのＵ値とＵ＝１での当初のセグメント数との積であるので、０から１５の１６のセグメントがあることを示す。Ｕ＝４において、各セグメントはこの時点で、補間された追加のデータ点を３つ有する。最後に、図６（ｄ）は、Ｕ＝８において、セグメントの数は現在のレベルでのＵ値とＵ＝１での当初のセグメント数との積であるので、０から３１の３２のセグメントがあることを示す。Ｕ＝８において、各セグメントはこの時点で、補間された追加のデータ点を７つ有する。上述の関係は例に過ぎず、本実施形態によるストリークアーチファクト軽減処理は、アップサンプリングの図示の例のいかなる特定の技法、式、または方法にも限定されない。

図７Ａおよび図７Ｂは、本実施形態による一比較例における大幅なストリークアーチファクト軽減の効果を示す。図７Ａは、ストリークアーチファクトに対する補正を行っていない、Ｚ値が同一の（Z-uniform）円柱から再構成された画像を示す。著しいストリークアーチファクトが認められる。図７Ｂは、本実施形態によりストリークアーチファクトを大幅に軽減するための１つの例示の処理を施した、Ｚ値が同一の円柱から再構成された画像を示す。著しいストリークアーチファクトは大幅に軽減されている。

図８Ａおよび図８Ｂは、本実施形態による別の比較例における大幅なストリークアーチファクト軽減の効果を示す。図８Ａは、ストリークアーチファクトに対する補正を行っていない、時計ファントム（clock phantom）から再構成された画像を示す。いくつかの著しいストリークアーチファクトが認められる。図８Ｂは、本実施形態によりストリークアーチファクトを大幅に軽減するための１つの例示の処理を施した、時計ファントムから再構成された画像を示す。著しいストリークアーチファクトは大幅に軽減されている。

例えば、本実施形態によれば、ストリークアーチファクトが、一般的な２ＰＩ モードでヘリカルピッチ比が０．５から１．０の間であるコーンビーム重み付け（ＣＢＷ）を用いるヘリカルＣＴ再構成において生じる。このストリークアーチファクトは、重み付けの前にセグメント方向にアップサンプリングを実測データに適用することによって大幅に除去される。そのうえ、アップサンプリングをビューのＺ位置に適応させることによって、追加処理の量が大きく軽減されて１％近くになる。

しかし、本発明の多数の特徴および利点は、本発明の構造および機能の詳細と共に前述の説明に記載されているが、本開示は例示に過ぎないこと、さらに、詳細、特に部品の形状、大きさ、および構成、ならびにソフトウェア、ハードウェア、またはその両方の組み合わせにおける実装形態に関して、変更を加えることができるが、この変更は、添付の特許請求の範囲が表現される用語の広い一般的な意味によって最大限示される本発明の原理内に含まれることを理解されたい。

Claims (13)

1. コーン形状のＸ線を曝射するＸ線管と、複数の検出素子からなる検出素子列が列方向に複数配列された検出器と、を用いてヘリカルスキャンを実行することにより、実測データを取得する撮像ユニットと、
   所定の検出素子列近傍での減少されたサンプリングピッチを用いて補間データを得るために、前記列方向に前記実測データをサンプリングするサンプリングユニットと、
   前記実測データ及び前記補間データのそれぞれに関する重み係数を決定する決定ユニットと、
   前記重み係数、前記実測データ、前記補間データを用いた画像再構成を実行することで、再構成画像を生成する再構成ユニットと、
   を具備し、
   前記サンプリングユニットは、適応サンプリング要素を用いて前記補間データを生成する
   Ｘ線コンピュータ断層撮像装置。
2. 前記サンプリングは、適応数のビューで実行される請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮像装置。
3. コーン形状のＸ線を曝射するＸ線管と、複数の検出素子からなる検出素子列が列方向に複数配列された検出器と、を用いてヘリカルスキャンを実行することにより、実測データを取得する撮像ユニットと、
   所定の検出素子列近傍での減少されたサンプリングピッチを用いて補間データを得るために、前記列方向に前記実測データをサンプリングするサンプリングユニットと、
   前記実測データ及び前記補間データのそれぞれに関する重み係数を決定する決定ユニットと、
   前記重み係数、前記実測データ、前記補間データを用いた画像再構成を実行することで、再構成画像を生成する再構成ユニットと、
   を具備し、
   前記サンプリングは、適応数のビューで実行される
   Ｘ線コンピュータ断層撮像装置。
4. 前記再構成ユニットは、前記ヘリカルスキャンにおける１回転から２回転の間において取得された前記実測データに対し、前記重み係数を用いて前記画像再構成を実行する請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮像装置。
5. 前記サンプリングユニットは、適応サンプリング要素を用いて前記補間データを生成する請求項３又は４記載のＸ線コンピュータ断層撮像装置。
6. 前記適応サンプリング要素は、ビュー位置に基づいて決定される請求項１、２及び５のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮像装置。
7. 前記再構成ユニットは、処理されるべきセグメントの数を実質的に一定として、前記画像再構成を実行する請求項６記載のＸ線コンピュータ断層撮像装置。
8. 前記適応サンプリング要素をＵとした場合、前記Ｕは、
   
   ただし、Δｖｉｅｗ：中心ビューからの距離、Ｔｓｅｇ_MIN：追加するべき全セグメントの最小数、ＶｉｅｗＲｅｖ：１回転あたりのビューの数、ＨＰ：ヘリカルピッチ
   によって決定される請求項６記載のＸ線コンピュータ断層撮像装置。
9. 前記適応数のビューをＵｖｉｅｗとした場合、前記Ｕｖｉｅｗは、
   
   ただし、ｃｅｉｌ：所定の関数、Ｔｓｅｇ_MIN：追加するべき全セグメントの最小数、ＶｉｅｗＲｅｖ：１回転あたりのビューの数、ＨＰ：ヘリカルピッチ
   によって決定する請求項２又は３記載のＸ線コンピュータ断層撮像装置。
10. 前記決定ユニットは、所定のコーンビーム重み付け関数に基づいて前記重み係数を決定する請求項１乃至９のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮像装置。
11. 前記所定のコーンビーム重み付け関数をＷ_CBWとした場合、前記Ｗ_CBWは、
    
    ただし、β：それぞれファン角度
    （γ，ｖ）：垂直座標におけるビュー角および検出器座標
    上付き添え字Ｃ：相補
    によって決定される非線形関数である請求項１０記載のＸ線コンピュータ断層撮像装置。
12. Ｘ線コンピュータ断層撮像装置の作動方法であって、
    コーン形状のＸ線を曝射するＸ線管と、複数の検出素子からなる検出素子列が列方向に複数配列された検出器と、を用いてヘリカルスキャンを実行することにより、実測データを取得させ、
    サンプリングユニットにより、適応サンプリング要素及び所定の検出素子列近傍での減少されたサンプリングピッチを用いて補間データを得るために、前記列方向に前記実測データをサンプリングさせ、
    決定ユニットにより、前記実測データ及び前記補間データのそれぞれに関する重み係数を決定させ、
    再構成ユニットにより、前記重み係数、前記実測データ、前記補間データを用いた画像再構成を実行することで、再構成画像を生成させること、
    を具備するＸ線コンピュータ断層撮像装置の作動方法。
13. Ｘ線コンピュータ断層撮像装置の作動方法であって、
    コーン形状のＸ線を曝射するＸ線管と、複数の検出素子からなる検出素子列が列方向に複数配列された検出器と、を用いてヘリカルスキャンを実行することにより、実測データを取得させ、
    サンプリングユニットにより、所定の検出素子列近傍での減少されたサンプリングピッチを用いて補間データを得るために、適応数のビューで前記列方向に前記実測データをプサンプリングさせ、
    決定ユニットにより、前記実測データ及び前記補間データのそれぞれに関する重み係数を決定させ、
    再構成ユニットにより、前記重み係数、前記実測データ、前記補間データを用いた画像再構成を実行することで、再構成画像を生成させること、
    を具備するＸ線コンピュータ断層撮像装置の作動方法。