JP6718448B2 - コンピュータ断層撮影のための画像再構成 - Google Patents

Description

本発明は、いくつかの実施態様において、複数の放射線源からの画像データの画像再構成に関し、より具体的には、排他的ではないが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）のための画像再構成に関する。

ＣＴシステムによって被検体を撮像するための方法は広く知られている。Ｘ線源によって放出された投射は、二次元（２Ｄ）の扇形ビーム又は三次元（３Ｄ）の円錐型ビームに整形されることが可能である。Ｘ線源によって放出された放射線は、被検体によって減衰させられて、検出器によって検出される。既知の方法では、Ｘ線源及び対向する検出器が被検体の周りを回転する間に、検出器は被検体に対して異なる角度で捕らえられた一連の投射からデータを取得する。検出器からの出力は、被検体を貫く断面画像を提供する再構成法によって処理される。

フィルタ逆投影（ＦＢＰ）アルゴリズムは、扇状ビーム取得データを再構成するために用いられる既知の再構成法である。円錐状ビーム取得データを再構成するために用いられる再構成アルゴリズムは、通常、「Ｆｅｌｄｋａｍｐ」若しくは「ＦＤＫ」法と呼ばれるタイプ、又はＦＤＫ法の変形である。ＦＤＫ法は、Ｌ．Ａ．Ｆｅｌｄｋａｍｐ、Ｌ．Ｃ．Ｄａｖｉｓ、及びＪ．Ｗ．Ｋｒｅｓｓ、ＪＯＳＡ Ａ、第１巻、第６号、第６１２−６１９頁（１９８４年）によって発表され、その内容は参照として本明細書に組み込まれる。これらの方法によって得られる再構成された画像は、「データの不完全性」に起因して、中央平面（線源軌道平面）から離れた円錐ビーム角に関して悪化するアーチファクトを有することが知られている。角度の広い円錐ビームの場合、生じるアーチファクトは顕著であることが知られている。同様の問題は、当該分野で知られた他の円錐ビーム再構成アルゴリズムにおいて発生する。

複数の軸方向にオフセットされたＸ線源を用いてスキャンすること、又は単一の線源を用いて複数の軸方向にオフセットされたスキャンを実施することも知られており、これらはともに、取得されるデータの完全性を増大させるためのものである。通常、軸方向のオフセットは、投影された円錐ビーム間のオーバーラップを生じさせる。円錐ビームをオーバーラップさせるために、異なる線源から得られたデータを結合させる重み付け法が必要とされる。重み付けは、画像再構成中に又は画像再構成後に視野毎に（on a per view basis）検出器から捕らえられたデータに対して、及び線源の各々から取得されたデータに対して実施されることが可能である。例示的な二元線源ＣＴスキャナ及び方法は、例えば、Ａｒｉｎｅｔａ社に譲渡された「円錐ビームＣＴ」と題する米国特許第７，８６９，５６１に記載されており、その内容は参照として本明細書に組み込まれる。

Ｍｅｄｉｃａｌ ｐｈｙｓｉｃｓ誌、第３７巻、第１０号、第５３５１−５３６０頁（２０１０年）において発表されたＪ．Ｂａｅｋ及びＮ．Ｊ．Ｐｅｌｃによる「複数の並列環状円錐ビーム軌道の３Ｄ再構成体積を結合する新たな方法」と題する刊行物は、複数のＸ線源からのデータを再構成するための方法を記載しており、その内容は参照として本明細書に組み込まれる。各軌道の円錐ビーム投射データがＦＤＫアルゴリズムを用いて別々に再構成されることが記載されている。その後、再構成された画像体積のオーバーラップ領域が、周波数空間における重み付け平均化処理を用いて結合される。オーバーラップ領域において滑らかに変化する重み付け関数が、周波数空間における急激な遷移によって引き起こされる画像アーチファクトを回避するために用いられる。

画像再構成の後に重み付けを適用することの１つの知られた不利益は、所与の線源による十分な角度の有効範囲を有する体積要素（ボクセル）のみが、当該線源に対する画像ボクセルを提供することが可能であるということである。例えば、ＦＢＰ再構成は、少なくとも１８０°にビームの扇角度をプラスした角度から照射されるボクセルにのみ適用されることが可能であることが知られている。結果として、取得されたデータのうちのいくつかは再構成に使用されず、スキャナの線量効率は低下する。図６Ｃは、各線源から別々に形成された画像を重み付けすることによって再構成された例示的な画像を示す。この方法による再構成もまた、アーチファクト６５１を含むものと認めることが可能である。

「順次的なコンピュータ断層撮影法」と題する米国特許６，９９６，２０４は、被検査区域が線源及び検出器の全回転にわたって、２つの相互にオフセットされた好ましくは環状の線源軌道から照射されるコンピュータ断層撮影法を記載しており、その内容は参照として本明細書に組み込まれる。中間領域において、重み付けを有する両方の軌道からの測定値を結合することによって、吸収分布が再構成される。特定のボクセルに対する重みは、再構成されるべきボクセルと関連する軌道との距離の関数である。再構成されるべきボクセルと関連する軌道との距離が減少するにつれて、重みは増大する。この方法は、少なくとも３６０度にわたってスキャンデータを得ることを必要とする。

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ誌、第２００９巻、ＩＤ ５３８３８９（２００９年）において発表されたＺ．Ｙｉｎ、Ｂ．Ｄｅ Ｍａｎ、及びＪ．Ｐａｃｋによる「多軸ＣＴ取得のための３Ｄ分析的円錐ビーム再構成」と題する刊行物は、全３６０度、及び１８０度に扇角度をプラスした部分的スキャンの両方に関する多軸線源からの再構成データのための方法を記載しており、その内容は参照として本明細書に組み込まれる。部分的スキャンの幾何学的配置の場合、記載された方法は、再構成中に異なる線源からのデータを結合するために、視野（view）ベースの重み付けを使用する。記載された重み付けは、重みの不連続性を避けるために領域間の境界をぼかしつつ、各ボクセルと各線源との間の円錐角に従って決定される。

図２は、関心体積（ＶＯＩ）を照射する２つの放射線源の断面図の簡略化された概略的図解と、画像再構成に用いられる従来技術の線形重み付け関数の対応する一例を示す。いくつかの既知の方法において、ＶＯＩ１５０内の各ボクセルにおいて各線源Ｓ１及びＳ２から得られるデータの重みが、その円錐角又はＳ１及びＳ２の線源平面からの距離に従って計算される。一般に、ＶＯＩ１５０は、Ｓ１によってのみ照射される領域Ａ、Ｓ２によってのみ照射される領域Ｂ、及びＳ１とＳ２の両方によって照射される領域Ｃを含む。一般に、領域Ａ、Ｂ、及びＣは、スキャナの視野角と共に変化する。いくつかの既知の方法において、領域Ｃ内におけるＳ１及びＳ２の各々に対する重み付け関数は、円錐角又は線源平面からの距離に依存する直線的に変化する関数として定義され、その一方、領域Ａ及びＢの各々における重み付け関数は、０又は１に等しいことが要求される。一般に、傾きは、線源平面１０１及び１０２における重み付け関数が１又は０に等しくなるように定義される。線源平面１０１及び１０２は通常それぞれ領域Ａ及びＢ内にあり、領域Ａ、Ｂ、及びＣを分ける境界、例えばＺ_ＡＣ及びＺ_ＢＣから変位しているので、領域Ｃと領域Ａ及びＢの各々との境界及び／又は交差地点には、重み付け関数の不連続性が存在する。重み付け関数の急激な遷移は、画像アーチファクトをもたらすことが知られている。これらの画像アーチファクトを低減するために、ぼかしを用いることが知られている。

図２に示される例において、各線源に関連付けられた重みが、２つの異なるＹボクセル座標においてＺ方向に沿ってプロットされている。重み付け関数１６１、１６２及び１７１、１７２は、当該分野において知られているように円錐角又は線源平面１０１、１０２からの距離の関数として計算された重み付け関数を表す。境界交差における重み付け関数の不連続性が示されている。通常、これらの遷移は、検出器１０６からの距離が増大するにつれてより顕著となる。例えば、重み付け関数１６１及び１６２における遷移は、検出器１０６により近い平面に対して定義された重み付け関数１７１及び１７２における遷移よりも顕著である。既知の方法は、ぼかし、例えばぼかし１６１’、１６２’、１７１’、１７２’を適用する。図２はまた、例示的なＺ座標においてＹ方向に沿って、各線源Ｓ１、Ｓ２に関連付けられた例示的な重み付け関数１８１、１８２を示す。通常、Ｚ方向に沿った直線的に変化する重み付け関数の場合、Ｙ方向に沿った重み付け関数は一定である。通常、ぼかしがＹ方向に沿っても適用される。

例えばぼかしが適用されていない場合に、境界領域における重み付け関数の不連続性に起因して現れる画像アーチファクトの一例が、図６Ａに示されている。一般に、ぼかしが適用されていない場合、重み付け関数の不連続性は、アーチファクト、例えば図６Ａにおけるアーチファクト６５０を招来する。図６Ｂは、ぼかしを用いた例示的な画像再構成を示す。典型的に、アーチファクト６５０は、ぼかしが適用された場合に依然として明らかであるが、より顕著でなくなっている。

本発明のいくつかの実施態様によれば、異なる軸位置から収集されたデータを結合するための改良された重み付け関数を用いた、複数の軸方向にオフセットされた放射線源及び／又は複数の軸方向にオフセットされたスキャンから収集されたデータの画像再構成のための方法が提供される。本発明のいくつかの実施態様によれば、異なる軸位置から収集されたデータは、視野毎に結合される。本発明のいくつかの実施態様によれば、本方法は、単一の線源から収集されたデータの画像再構成のための様々な方法と統合されることが可能である。

本発明のいくつかの実施態様の一側面は、各ビームが環状軌道を移動する、軸方向にオフセットされた位置から放出される複数の放射線ビームから収集されるデータの体積画像再構成のための方法であって、軸方向にオフセットされた位置から放出される少なくとも２つの放射線ビームから投射データを受け取るステップであって、各ビームは前記環状軌道にわたって複数の視野角において放射する、ステップと、前記少なくとも２つの放射線ビームのうちの第１ビームによってのみ照射される第１領域と前記第１ビーム及び前記少なくとも２つの放射線ビームのうちの第２ビームの両方によって照射される第２領域との間の第１境界を定義するステップと、前記第１境界の関数として重み付け関数を定義するステップと、前記重み付け関数を用いて重み付けされた前記データから体積画像を再構成するステップと、を含む方法を提供する。

オプションとして、前記第１境界は、視野毎に定義される。

オプションとして、前記第２領域における前記重み付け関数は、前記環状軌道の回転軸の方向に沿った前記第２領域の長さ及び／又は広さの関数として変化するように定義される。

オプションとして、前記重み付け関数は、ぼかし（feathering）を有さず、前記第１及び第２領域にわたって連続であるように定義される。

オプションとして、前記方法は、前記第２領域と前記第２ビームによってのみ照射される第３領域との間の第２境界を定義するステップと、前記第１境界及び前記第２境界の両方の関数として、ぼかし（feathering）を有さず、前記第１及び第２領域にわたって連続である前記重み付け関数を定義するステップと、を含む。

オプションとして、前記重み付け関数は、前記第２領域において１から０へ又は０から１へ線形的に変化するように定義される。

オプションとして、前記第２境界は、視野毎に定義される。

オプションとして、前記少なくとも２つの放射線ビームは円錐ビームである。

オプションとして、前記体積画像は、１８０度に前記ビームの扇角度をプラスした角度にわたって収集されたデータを用いて再構成される。

オプションとして、前記体積画像は、３６０度よりも小さい角度にわたって収集されたデータを用いて再構成される。

オプションとして、前記体積画像は、少なくとも３６０度にわたって収集されたデータを用いて再構成される。

オプションとして、重み付けされた前記データから前記体積画像を再構成するためにフィルタ逆投影法が適用される。

オプションとして、前記体積画像を再構成するために反復的な再構成が適用される。

オプションとして、前記視野角において前記投射データを捕らえるために、１又は複数の放射線源と少なくとも１つの検出器アレイが、前記環状軌道の回転軸の周りを回転する支持回転体に搭載される。

オプションとして、前記投射データは、一体的に回転する少なくとも２つの軸方向にオフセットされた放射線源から受け取られる。

オプションとして、前記少なくとも２つの軸方向にオフセットされた放射線源は、前記環状軌道の回転軸の方向にオフセットされている。

オプションとして、前記少なくとも２つの軸方向にオフセットされた放射線源からの前記投射データは、同一の検出器アレイによって受け取られる。

オプションとして、前記検出器アレイは、前記少なくとも２つの軸方向にオフセットされた放射線源の各々からデータを受け取ることを交互に行う。

オプションとして、前記少なくとも２つの放射線ビームの各々からの前記データは、前記軸方向に動かされる単一の線源を用いて連続的に受け取られる。

オプションとして、前記少なくとも２つの放射線ビームは、前記環状軌道の回転軸の方向にオフセットされている。

特段定義されていない限り、本明細書において用いられるあらゆる技術的及び／又は科学的用語は、本発明が属する分野における当業者によって通常理解されるのと同じ意義を有する。本発明の実施態様の実施又は試験において、本明細書で説明されるものと類似する又は均等な方法及び材料が用いられることが可能であるが、例示的な方法及び／又は材料が以下では説明される。紛争の場合においては、定義を含む、特許明細書が支配することになる。加えて、材料、方法、及び例は、例証的にすぎず、必ずしも限定的であるとは意図されていない。

本発明の実施態様の方法及び／又はシステムの実装は、選択されたタスクを手動的に、自動的に、若しくはそれらの組み合わせによって実施し、又は完了することを伴うことが可能である。そのうえ、本発明の方法及び／又はシステムの実施態様の実際的な機器及び装置によれば、いくつかの選択されたタスクは、オペレーティングシステムを用いたハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせによって実装されることが可能であろう。

本発明のいくつかの実施態様は、添付の図面及び画像を参照して、単に例として本明細書において説明される。ここで特に図面を詳細に参照して、示された事項は例としてのものであり、本発明の実施態様の例証的な議論の目的のためのものである、ということが強調される。この点に関して、図面と共に把握される説明によって、本発明の実施態様がどのように実施され得るかが当業者に明らかとなる。

図１は、本発明の実施態様と共に使用されることが可能な先行技術のCT撮像システムの模式図である。 図２は、関心体積（ＶＯＩ）を照射する２つの放射線源の断面図と、画像再構成に用いられる先行技術の線形重み付け関数の対応する一例とを示す簡略化された概略的図解である。 図３は、ＶＯＩを照射する２つの放射線源の断面図と、本発明の実施態様による画像再構成に用いられる対応する例示的な重み付け関数とを示す簡略化された概略的図解である。 図４は、本発明のいくつかの実施態様による、２つの線源からの逆投影されたデータを結合するための例示的な方法の簡略化されたフローチャートである。 図５は、本発明のいくつかの実施態様による、逆投影法を用いた画像再構成のための例示的な方法の簡略化されたフローチャートである。 図６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃは、既知の再構成法を用いて再構成された例示的な画像である。図６Ｄは、本発明のいくつかの実施態様による再構成法を用いて再構成された例示的な画像である。

本発明は、そのいくつかの実施態様において、複数の放射線源からの画像データの画像再構成に関し、より具体的には、排他的ではないが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）のための画像再構成に関する。

本発明のいくつかの実施態様によれば、画像再構成の段階中において異なる放射線源及び／又は異なる軸位置からのデータを結合し、結合されたデータを用いて画像を生成するための改良された方法が提供される。本発明のいくつかの実施態様によれば、異なる線源及び／又は位置からのデータを結合するための新たな重み付け手法が提案される。本発明のいくつかの実施態様によれば、重み付け手法は、視野毎に適用される。本発明のいくつかの実施態様によれば、新たな重み付け手法は、完全スキャン再構成と部分的スキャン再構成の両方に適している。本発明のいくつかの実施態様によれば、異なる線源から得られたボクセルデータを結合するための重みは、円錐角に基づいては定義されない。そうではなく、本発明のいくつかの実施態様によれば、異なる線源によって照射される体積間の境界及び／又は継ぎ目の位置が識別され、当該境界に関連する画像ボクセルの位置が、そのボクセルに対する重みを定義する。本発明のいくつかの実施態様によれば、境界は各投射及び／又は視野角に対して識別され、当該識別された境界に基づいて重みが定義される。

本発明のいくつかの実施態様によれば、各線源に対する重み付け関数は、ＶＯＩの全体を通して連続であるように定義される。重み付け関数の連続的な特性のために、ぼかしは必要とされない。本発明者らは、本明細書において開示される画像再構成のための方法は、他の既知の方法と比較してより少ない処理時間しか必要とせず、そしてまた、アーチファクトがより少ない改良された画像品質を提供することができる、ということを見出した。図６Ｄは、本明細書において説明される方法によって再構成された例示的な画像を示す。本発明者らは、この再構成された画像は、他の既知の方法によって再構成された画像、例えば図６Ａ−６Ｃの画像と比較して、全体的にエンハンスされ、及び／又はより少ないアーチファクトを含む、ということを見出した。

画像をＣＴから再構成するための反復処理は既知である。一般的に、反復処理は、仮定した画像から開始し、その仮定した画像から投射を計算し、元の投射データを比較し、計算された投射と実際の投射との相違に基づいて画像を更新する。本発明のいくつかの実施態様によれば、本明細書において説明されるような重み付け処理は、反復再構成処理のうちの少なくとも１つの反復において使用される。

図面の図３−５に示されるような本発明のいくつかの実施態様をよりよく理解する目的のために、図１に示されるようなＣＴ撮像システムの一般的な構成及び動作への言及が、まず初めになされる。図１は、医学的撮像に用いられる二元線源ＣＴスキャナ１００のいくつかの基本的な特徴の模式図であり、線源以外のほとんどの特徴は、従来の単一線源ＣＴスキャナに対しても典型的なものである。ＣＴスキャナ１００は、通常、Ｘ線源Ｓ１及びＳ２並びに検出器アレイ１０６を支えている、ガントリー（不図示）に搭載された支持回転体１０２を備える。検出器アレイ１０６は、密接して配置されたＸ線検出器エレメント１１２の複数の行１０８と列１１０から成る。支持回転体１０２は、座標アイコン１１４によって示された座標系のＺ軸１３４と一致する回転軸の周りに、矢印１１６によって示される方向に回転するように構成される。座標系１１４は回転体１０２と共に回転し、系が回転している間、Ｙ軸は回転中心からＸ線源Ｓ１及びＳ２へ向いたままである、ということが留意されるべきである。

可動台１１８は、患者１２０（又は、より一般的には、検査される対象）を矢印１２２によって示されるようにスキャナＺ軸に沿って搬送するように構成される。システムコントローラ１２４は、検出器アレイ１０６の出力に接続された画像プロセッサ１２６と、表示及び記憶装置１２８とに加えて、回転体１０２、Ｘ線源Ｓ１及びＳ２、台１１８の動作を制御する。典型的に、手動入力装置２３２もまた、コントローラ１２４への入力を提供する。Ｘ線源Ｓ１及びＳ２は、回転軸１３４に平行な線３０８に沿って軸方向に間隔を空けて配置される。Ｘ線源Ｓ１及びＳ２は、別々のＸ線管によって、又は単一の管の２つの焦点によって提供されることができる。

ＣＴスキャナ１００の動作中において、患者は、検査される対象物１３８がＶＯＩ１５０と一致するように位置決めされる。回転軸１３４の周りの複数の視野角において取得されたＸ線減衰データのコンピュータ処理によって、ＶＯＩ１５０の断面軸画像又はスライスが作成される。回転体１０２が被験者１２０の周りにおいて線源Ｓ１、Ｓ２及び検出器アレイ１０６を運搬する際に、検出器エレメント１１２からの減衰データが、連続的な角度位置（又は視野角）に対して、典型的にはおよそ１８０度プラス扇角度からおよそ３６０度以上の範囲において収集される。二元線源ＣＴスキャナ１００では、線源Ｓ１及びＳ２は典型的には交互に動作し、減衰データは各線源について別々に取得される。

代替的に、単一の円錐ビームスキャナが用いられる場合、初めにある線源平面についてのデータを取得し、次いでスキャン対象の被験者をＺ方向に動かして第２の線源平面に対して第２のセットのデータを取得することによって、オーバーラップするデータが取得される。本発明のいくつかの例示的な実施態様において、二元ＣＴスキャナが、初めに２つの線源平面からのデータを取得するために使用され、スキャン対象の被験者（及び／又は検査対象）が、２つの追加セットのデータを取得するためにＺ方向に線源と相対的に動かされることが可能である。

一般に投射と称される、固定された軸位置において全ての視野角に対して全ての検出器エレメントから収集されたデータは、１又は複数の二次元スライス画像を再構成するように画像プロセッサ１２６によってコンピュータ処理される。スライス画像は、表示及び記憶装置１２８によって表示されて記憶され、表示及び記憶装置１２８は、コンピュータモニタ又は任意の他の望ましい適切なディスプレイの種類のもの、及び適切なデータ記憶装置を含むことができる。円錐ビームの場合には、再構成された軸スライスから三次元画像が作成されることができる。

全ての器官の撮像のために、また特に心臓の撮像において、一対の円錐ビームを用いることは有利であり得る。Ｘ線源Ｓ１及びＳ２は、動作中に被験者支持台の軸位置を変えることなく心臓全体の良好な分解能の三次元画像を生成するのに十分大きな、一般的に円筒形のＶＯＩ１５０を形成するように結合する円錐ビームを放射する。複数のビームによって生成される放射からのデータは、実質的に、共通の検出器アレイの同一エリアにわたって捕らえられることができる。

ここで図面を参照して、図３は、ＶＯＩを照射する２つの放射線源の断面図の簡略化された模式図と、本発明のいくつかの実施態様による画像再構成に用いられる対応する例示的な重み付け関数を示す。図２に関連して述べられたように、２つの放射線源によって照射されるＶＯＩ１５０は、Ｓ１によってのみ照射される領域Ａ、Ｓ２によってのみ照射される領域Ｂ、及びＳ１とＳ２の両方によって照射される領域Ｃを含む。一般に先行技術においても知られているように、Ｓ１から得られるデータは、領域Ａにおいて重みｗ＝１、及び領域Ｂにおいて重みｗ＝０を受け取り、その一方、Ｓ２から得られるデータは、領域Ａにおいて重みｗ＝０、及び領域Ｂにおいて重みｗ＝１を受け取る。一般に、重みｗは、Ｓ１及びＳ２からの放射に対して取得された減衰データの各々のボクセルの画像への、強度の寄与の割合を定義する。

本発明のいくつかの実施態様によれば、Ｓ１及びＳ２からの投射データを結合するための重み付け関数は、領域Ａ、Ｂ、及びＣの全体を通して連続であり、且つ領域Ｃ内において単調で微分可能であるように定義される。本発明のいくつかの実施態様によれば、各線源に対する重み付け関数は、Ｚ方向に沿って定義され、先行技術とは異なり、領域Ｃにおいて、Ｚ方向に沿った領域Ｃの長さ及び／又は広さの関数として変化する。

Ｚ方向に沿ったＳ１に対する例示的な線形重み付け関数２６１及び２７１は、領域Ａにわたって１に等しく、領域Ｃにわたって１から０へ直線的に変化し、領域Ｂにわたって０に等しいように定義される。同様に、Ｓ２に対する例示的な重み付け関数２６２及び２７２は、領域Ａにわたって０に等しく、領域Ｃにわたって０から１へ直線的に変化し、領域Ｂにわたって１に等しいように定義される。典型的に、重み付け関数の直線的に変化する部分の傾きは、Ｙ方向に沿う所与の高さのせいで、Ｚ方向に沿った領域Ｃの長さ及び／又は広さに依存する。例えば、ある特定のＹ座標において定義される重み付け関数２６１及び２６２の直線的に変化する部分の傾きは、検出器１０６により近い別の特定のＹ座標において定義される重み付け関数２７１及び２７２のそれよりも急峻である。代替的に、重み付け関数２６１、２６２、２７１、及び２７２の差異部分は、非線形的に変化するように定義される。オプションとして、異なる重み付け関数が、異なるＹ座標及び／又は異なる視野に対して定義される。オプションとして、直線的に変化する重み付け関数が、いくつかのＹ座標及び／又はいくつかの視野から定義され、非線形的に変化する重み付け関数は、例えば多項式又は指数関数的に変化する関数である。

Ｓ１及びＳ２から放射するビームの円錐形構造に起因して、Ｚ方向に沿った領域Ｃの長さ及び／又は広さは、Ｙ座標が検出器１０６に接近するにつれて増大する。本明細書において説明される方法は、ボクセル位置にかかわらず飛びがなく連続な重み付け関数を提供する。図２における例は、重み付け区域の距離は変化するが、重み１６１、１６２は異なるＹ位置における重み１７１、１７２と同じであるか又はよく似ていることを示している。このことは、Ｙ座標が検出器に近づくにつれて減少する、線源に近いＹ座標に対する領域間の重みの大きな不連続性を引き起こす。これらの不連続性は、画像アーチファクトをもたらす。

本発明のいくつかの実施態様によれば、Ｙ方向に沿って定義される領域Ｃにおける重み付け関数、例えば重み付け関数２８１及び２８２もまた、連続単調関数である。典型的に、重み付け関数はＺ方向に沿って連続であるように定義されるが、その結果として得られるＹ方向に沿った重み付け関数、例えば重み付け関数２８１及び２８２は、同様にＹ方向において連続である。結果としてのＹ方向に沿った重み付け関数、例えば重み付け関数２８１及び２８２は、Ｚに沿う線形関数を得るべく領域Ｃ内において非線形的に変化してもよい。簡略化のためＶＯＩ１５０の断面のみが示されていることが留意される。しかしながら、典型的にはＸ方向に沿った重み付け関数もまた、連続的である。

ここで、本発明のいくつかの実施態様による、２つの線源からの減衰データの寄与を結合するための例示的な方法の簡略化されたフローチャートを示す図４に対しても、参照がなされる。本発明のいくつかの実施態様によれば、この結合方法は、図５に関連して本明細書で後述されるような再構成処理において用いられる。本発明のいくつかの実施態様によれば、領域Ａ、Ｂ、及びＣ間の境界のＺ座標が、各ボクセル位置（ｘ，ｙ）の関数として定義される（ブロック４１０）。本発明のいくつかの実施態様によれば、線源領域間の境界のＺ座標は、以下の式によって定義される。

ここで、ｚ_Ｓ１及びｚ_Ｓ２は、Ｚ方向におけるＳ１及びＳ２の位置であり、ｚ_Ｄ１及びｚ_Ｄ２は、検出器アレイのサイズ又はビームのコリメーションに依存する、検出器１０６におけるＶＯＩ１５０の投射のエッジ位置であり、ＳＺは、Ｓ１及び／又はＳ２のいずれかとＺ軸（回転軸）との距離であり、ＳＤは、検出器１０６とＺ軸（回転軸）との距離である。

本発明のいくつかの実施態様によれば、重み付け関数が、前記特定された境界線のＺ座標の関数として定義される（ブロック４２０）。いくつかの例示的な実施態様において、線形の重み付け関数が定義される場合、傾きが境界線ｚ_ＡＣ（ｘ，ｙ）及びｚ_ＢＣ（ｘ，ｙ）に従って計算される。オプションとして、重み付け関数は、以下の式によって定義される。

例示的な重み付け関数として線形の重み付け関数が説明されるが、連続で単調で微分可能な関数である他の非線形の重み付け関数が、線形的に定義された関数の代わりに用いられることが可能である、ということが留意される。

本発明のいくつかの実施態様によれば、前記定義された重み付け関数を用いて各線源の重み付けされた寄与を合計することによって、視野毎の結合された再構成値が決定される（ブロック４３０）。本発明のいくつかの実施態様によれば、１つの視野角に対する各ボクセルの最終的な値は、以下の式によって定義される。

ここで、Ｉ_Ｓ１は、Ｓ１からの投影された視野の寄与であり、Ｉ_Ｓ２は、Ｓ２からの投影された視野の寄与であり、Ｉは、視野角θに対する結合された値である。典型的に、結合された値Ｉは、各視野角に対して計算される。

ここで、本発明のいくつかの実施態様による、逆投影法を用いて画像を再構成するための例示的な方法の簡略化されたフローチャートを示す図５に対して、参照がなされる。本発明のいくつかの実施態様によれば、ＣＴスキャナは、複数の放射線源、例えばＳ１及びＳ２によって対象物をスキャンし、それに応答して、複数の線源に対するＣＴ投射データが受け取られる（ブロック５１０）。典型的に、検出器１０６によって捕らえられた投射データが、画像プロセッサ２２８によって受け取られる。典型的に、捕らえられた投射データは、例えば１８０度プラス扇角度、又は３６０度以上にわたって捕らえられた、複数の視野を含む。典型的に、取得されたデータが、既知の方法に従って前処理される（ブロック５１５）。いくつかの既知の再構成法において、データは次に、並列投射を実現するために再配列される（ブロック５２０）。ＦＢＰ再構成法では、データは、典型的に、当該データを画像体積に逆投影するのに先立って、フィルタ関数を用いて畳み込まれる（ブロック５２０）。典型的に、逆投影の開始の際、画像体積が初期化され（ブロック５２５）、再構成が完了するまで、ＣＴ視野データ、及び／又は視野データ内の各ボクセルへの寄与が、一度に一視野ずつ、初期化された体積に追加される（ブロック５６０及び５６５）。

典型的に、投影されたデータからＣＴ視野が分離され（ブロック５３０）、前記複数の線源の各々の、各画像ボクセルへの視野寄与が計算され、及び／又は他の方法で決定される（ブロック５３５）。オプションとして、円錐ビームがスキャンに用いられる場合、線源Ｓ１及びＳ２からの円錐ビームデータの寄与を計算するために、ＦＤＫ法が適用される。本発明のいくつかの実施態様によれば、典型的には単一の視野の逆投影（ブロック５３５）と同時に、異なる線源によって照射される体積の間の境界が識別され（ブロック５４０）、画像体積内の各画像ボクセルについての対応する重みが定義される（ブロック５４５）。

本発明のいくつかの実施態様によれば、異なる線源によって照射される体積の間の境界のＺ座標が識別され、重みを定義するのに用いられる。本発明のいくつかの実施態様によれば、線源の各々からの寄与が重み付けされ（ブロック５５０）、全ての線源からの重み付けされたデータが結合される（ブロック５５５）。本発明のいくつかの実施態様によれば、重み付け関数は、複数の線源によって照射される領域の全体を通して連続であり、当該領域内において単調且つ微分可能であるように定義される。オプションとして、重み付け関数は、式（３）によって定義される。本発明のいくつかの実施態様によれば、全ての線源からの結合された寄与が画像体積に追加され（ブロック５６０）、関与する全ての視野が画像体積に追加されるまで、処理が追加のＣＴ視野に対して繰り返される（ブロック５６５）。いくつかの例示的な実施態様では、一旦全てのＣＴ視野が画像体積に追加されると、再構成された画像を改善するための更なる処理が適用される（ブロック５７０）。本発明のいくつかの実施態様によれば、反復的な再構成処理が用いられる場合、本明細書において説明されるような重み付け処理が、反復的な再構成処理の少なくとも１つの反復において使用される。

本発明の実施態様のほとんどは、２つの放射する線源から捕らえられたデータを結合することに関連して説明されたが、本明細書において説明される方法は、異なる軸位置において捕らえられる連続スキャンで単一の線源によってオーバーラップデータを捕らえるシステムに対して同様に適用されることが可能である、ということが留意される。

本発明の実施態様のほとんどは、２つの放射する線源から捕らえられたデータを結合することに関連して説明されたが、本明細書において説明される方法は、２つよりも多い線源によって放射するシステムに対して同様に適用されることが可能である、ということが留意される。

本発明の実施態様のほとんどは、軸方向に互いから変位した放射線源に関連して説明されたが、異なる幾何学的配置でオーバーラップするビームを備えたシステムに対して同様に適用されることが可能である、ということが留意される。オーバーラップするビームによって、スキャン対象の物体の少なくとも一部分の体積が、２つ以上の線源からのビームによって又は同一の線源を用いて２回転以上照射される、ということが意図される。

「備える（comprises）」、「備える（comprising）」、「含む（includes）」、「含む（including）」、「有する（having）」という用語、及びそれらの活用形は、「含むが限定されない」ということを意味する。

「から成る（consisting of）」という用語は、「含み且つ限定される」ということを意味する。

「から本質的に成る（consisting essentially of）」という用語は、組成、方法、又は構造が付加的な成分、ステップ、及び／又は部品を含んでよいが、当該付加的な成分、ステップ、及び／又は部品が、クレームに記載された組成、方法、又は構造の基本的で新規な特徴を実質的に変更しない場合に限る、ということを意味する。

明確性のために別々の実施態様の文脈で説明されている本発明のある特徴は、単一の実施態様において組み合わせて提供されることもできる、ということが理解される。その反対に、簡潔さのために単一の実施態様の文脈で説明されている本発明の様々な特徴は、別々に、又は任意の適切なサブコンビネーションとして、又は本発明の任意の他の説明された実施態様において適切であるように、提供されることもできる。様々な実施態様の文脈において説明されたある特徴は、当該実施態様がそれらの要素なしでは動作不能でない限り、それらの実施態様の本質的な特徴とみなされてはならない。

Claims (17)

1. 各ビームが環状軌道を移動する、軸方向にオフセットされた位置から放出される複数の放射線ビームから収集されるデータの体積画像再構成のための方法であって、
   軸方向にオフセットされた位置から放出される少なくとも２つの放射線ビームから投射データを受け取るステップであって、軸方向にオフセットされた位置とは前記環状軌道の回転軸の方向にオフセットされたものであり、各ビームは前記環状軌道にわたって複数の視野角において放射する、ステップと、
   前記少なくとも２つの放射線ビームのうちの第１ビームによってのみ照射される第１領域と前記第１ビーム及び前記少なくとも２つの放射線ビームのうちの第２ビームの両方によって照射される第２領域との間の第１境界を定義するステップと、
   重み付け関数を定義するステップであって、前記重み付け関数は前記第１領域と前記第２領域の双方にわたって連続であり、前記第２領域において単調で微分可能であり、前記第２領域における前記重み付け関数は前記環状軌道の回転軸の方向に沿った方向に前記第１境界からの距離の関数として定義されるステップと、
   前記重み付け関数を用いて重み付けされた前記データから体積画像を再構成するステップと、
   を含む方法。
2. 前記第１境界は、視野毎に定義される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２領域における前記重み付け関数は、前記環状軌道の回転軸の方向に沿った前記第２領域の長さ及び／又は広さの関数として変化するように定義される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第２領域と前記第２ビームによってのみ照射される第３領域との間の第２境界を定義するステップを含み、
   前記重み付け関数は、前記第１境界からの距離及び前記第２境界からの距離の両方の関数として更に定義され、前記第１領域、前記第２領域、前記第３領域のすべてにわたって連続である、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記重み付け関数は、前記第２領域において１から０へ又は０から１へ線形的に変化するように定義される、請求項４に記載の方法。
6. 前記第２境界は、視野毎に定義される、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記少なくとも２つの放射線ビームは円錐ビームである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記体積画像は、１８０度に前記ビームの扇角度をプラスした角度にわたって収集されたデータを用いて再構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記体積画像は、３６０度よりも小さい角度にわたって収集されたデータを用いて再構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記体積画像は、少なくとも３６０度にわたって収集されたデータを用いて再構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
11. 重み付けされた前記データから前記体積画像を再構成するためにフィルタ逆投影法が適用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記体積画像を再構成するために反復的な再構成が適用される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記視野角において前記投射データを捕らえるために、１又は複数の放射線源と少なくとも１つの検出器アレイが、前記環状軌道の回転軸の周りを回転する支持回転体に搭載される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記投射データは、一体的に回転する少なくとも２つの軸方向にオフセットされた放射線源から受け取られるものであって、前記少なくとも２つの軸方向にオフセットされた放射線源は前記環状軌道の回転軸の方向にオフセットされたものである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記少なくとも２つの軸方向にオフセットされた放射線源からの前記投射データは、同一の検出器アレイによって受け取られる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記検出器アレイは、前記少なくとも２つの軸方向にオフセットされた放射線源の各々からデータを受け取ることを交互に行う、請求項１５に記載の方法。
17. 前記少なくとも２つの放射線ビームの各々からの前記データは、前記軸方向に動かされる単一の線源を用いて連続的に受け取られる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。

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