JPH0257679B2 - - Google Patents

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JPH0257679B2
JPH0257679B2 JP57001071A JP107182A JPH0257679B2 JP H0257679 B2 JPH0257679 B2 JP H0257679B2 JP 57001071 A JP57001071 A JP 57001071A JP 107182 A JP107182 A JP 107182A JP H0257679 B2 JPH0257679 B2 JP H0257679B2
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plane
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radiation
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/025Tomosynthesis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/42Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4208Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector
    • A61B6/4258Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector for detecting non x-ray radiation, e.g. gamma radiation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2921Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras
    • G01T1/295Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras using coded aperture devices, e.g. Fresnel zone plates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
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    • G01T1/2914Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2985In depth localisation, e.g. using positron emitters; Tomographic imaging (longitudinal and transverse section imaging; apparatus for radiation diagnosis sequentially in different planes, steroscopic radiation diagnosis)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は符号化アパーチヤ・マスクを使用した
断層像形成のための方法に関する。より具体的に
は、といつてもそれにしか応用できないものでは
ないが、ガンマ線を用いた医学的撮像システムに
関する。
従来のガンマ線撮像システムにおいては、カメ
ラの検出面の前面に単一のピン・ホール又はコリ
メート装置を設置する事によつて3次元的放射線
源の2次元像をガンマ・カメラによつて形成して
いた。しかしながらそのような構成は妥当な期間
内に検出される光子の数を著しく限定し、従つて
システムの効率は低かつた。
より最近のシステムは単一のピン・ホール又は
コリメータを符号化アパーチヤ・マスク(coded
aperture mask;例えばフレネル・ゾーン・プレ
ート又はピン・ホール配列体)で置き換えてい
る。その結果光子収集効率が高まり、そのため検
出器において像がより急速に形成される。しかし
ながらこの場合は符号化された像であつて、線源
(以下、物体と呼ぶ)の特定の面の像を得るため
には適当な方法で解読されなければならない。符
号化アパーチヤ撮像システムは、適当に解読方法
を選択すれば、異なつた2次元的物体面が焦点を
合わされ、他の物体面の焦点のはずれた背景の上
に重ねられるという点で断層能力を有している。
以下の文献は符号化アパーチヤ撮像の基本原理
及びマスク自体の作成の最近の進歩を説明してい
る。
(a) “Coded Aperture Imaging with
Untiformly Redundant Arrays”、Applied
Optics、Vol.17、No.3、February1978、
pp.337〜347 (b) “Tomographical Imaging Using
Untiformly Redundant Arrays”、Applied
Optics、Vol.18、No.7、April1979、pp.1052〜
1057。
(c) 米国特許第4209780号明細書 しかしながら公知の全ての符号化アパーチヤ断
層撮像システムにおいては、検出器によつて1つ
の符号化像が形成され、その同じ像を解読パター
ン(後処理配列としても知られる)と相関させる
事によつて異なつた選択された物体面が像形成の
ために解読される。解読パターンの有効寸法ある
いは倍率は解読すべき物体面の距離に対応するよ
うに選択され、解読パターンは理想的には選択さ
れた物体面の点によつて検出器上に投影されたア
パーチヤ・マスクの影の寸法に関して、デルタ関
数を形成する。また物体マスクとマスク検出器の
距離は事実上一定に維持される。これらの事項に
関しては特に上記(b)の文献の“Basic Principles
of Coded Aperture Imaging”と題する章を参
照されたい。
しかしながら、この手続きは多数の異なつた物
体面を調べたい場合はかなりの計算能力が必要で
ある。というのは各々の場合毎に異なつた解読処
理が必要だからである。従つて本発明の目的は大
きな計算能力の必要性を避けた改良された断層像
形成方法及びその装置を提供する事である。
従つて本発明は、物体から放射され符号化アパ
ーチヤ・マスクを通過した後の放射を検出し、一
定期間にわたつて検出された放射の像を記憶し、
そして各々の選択された物体面に関して、選択さ
れた物体面の点によつて検出器上に投影されたマ
スクの影(shadow)の寸法に適した相関処理に
よつて記憶像を解読する事によつて、3次元的物
体の異なつた選択された面の断層像を形成する方
法において;Dを選択された物体面から検出面ま
での距離、dを選択された物体面からマスクまで
の距離とすると、D/dが一定になるように物
体、マスク及び検出器の少なくとも1つの位置を
調整する事によつて、像形成すべき各物体面を選
択し、そのようにして選択された各物体面毎に
各々の放射像を検出及び記憶し、そして固定され
た解読処理を用いて各記憶された像を解読する事
を特徴とする方法を提供する。
好ましくは、医学的応用の場合用いる放射はガ
ンマ線であり、便宜上所望の物体面の選択はマス
クと検出器との間隔を調整する事によつて行なわ
れ、物体及び検出器の位置は事実上固定されたま
まである。
本発明の利点は、全ての選択された物体面に関
してマスクの同じ影寸法を提供する事、従つて任
意の選択された物体面における点によつて検出面
上に投影されたマスクの影の寸法を固定された解
読処理に適したものに対応するように効果的に適
合させる事である。これは従来技術がアパーチ
ヤ・マスクから異なつた距離にある物体面によつ
て1つの検出像中に投影された異なつた影寸法に
対して解読パターンの有効寸法あるいは倍率を適
合させているのと完全に対照的である。
言い換えると、異なつた物体面の像を与えるの
に従来技術は1つの記憶された放射像を与え、こ
の像を異なつた解読処理を用いて解読しなければ
ならなかつたが、本発明は各物体面毎に異なつた
放射像を記憶し、固定した解読処理を用いてそれ
らを解読する。固定した解読処理の使用により、
本発明は記憶された像を解読するのに必要な計算
処理能力を大きく減少させ、従つてこれまでのよ
うな複雑なプログラムを有する汎用コンピユータ
の代りに小さな専用のマイクロプロセツサ又はこ
の目的のための論理ハードウエアさえも使用する
事を可能にする。
本発明は符号化アパーチヤ断層像形成の分野に
おいて一般的な応用性を有するが、医学的応用に
おける比較的「開放的」なアパーチヤ・マスクを
用いるシステムにおいて最も有用性を見い出して
いる。これは各々の異なつた選択された物体面毎
にその後の解読のために別個の放射像を記憶する
必要性があるからであり、また各像が形成される
のに一定の時間が必要なのでマスクの「開放性」
が大きい程より早く使用可能な放射像が形成でき
るからである。この理由により本発明は前述の文
献(a)及び(b)に開示されている種類の、事実上50%
が開放された、一様な冗長的配列(uniformly
redundant array;URA)のマスクを用いる時
に特に有用である。
URAマスクを用いる時、それらは上記文献に
説明されているようにモザイク化する事が好まし
い。そのようなモザイク化は真のデルタ関数応答
を与え、さらにガンマ線検出器の検出面の面積を
比較的小さく保つ事を可能にする。モザイク化は
2重が好ましく、例えば文献(b)の第1図及び第2
図に示されているように一般に中央に完全な基本
的配列がありそれが断片的配列で囲まれていても
よく、またマスクの4隅に4つの完全な基本的配
列を隣接して配置してもよい。さらに例えば文献
(b)の第3図のようにランダム配列マスクの場合に
モザイク化を用いてもよい。
本発明の良好な実施例は前記の方法で好ましく
は2重にモザイク化したm系列に基づいたURA
マスクを使用する。これは、関連した固定解読処
理がいわゆる高速アダマール変換(FHT)を用
いる時に、特に有利に用いられる型のマスクであ
る。FHTは速い演算であつて完全にハードウエ
ア的な論理回路の形に容易に実現し得る。G.K.
Skinner、“Imaging of Cosmic X−ray sourse
using coded mask telescopes”Proceedings of
the British Interplanetary Society
Conference、Appleton Laboratory、Slough、
15november1979を参照されたい。これは低コス
トの処理と選択された物体面の「リアル・タイ
ム」の像形成の両者を提供する。言い換えると処
理のための記憶された放射像における充分な情報
の蓄積及び各像のその後の解読は両方共マスクの
連続的なステツプ移動に関して充分に急速に起こ
り、きわめて近くに隣接した物体面の殆んど即座
の連続した解読像を提供する。
図面を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。
第1図を参照すると、符号化アパーチヤ断層撮
像システムはガンマ線検出器10及び検出器10
の検出面12の前面に検出面から離して置かれた
符号化アパーチヤ・マスク11から成る。マスク
11は検出面12に平行で、矢印13に示すよう
に案内手段(図示せず)上を検出面に接近又は遠
ざかるように制御可能に移動できる。この目的に
適した移動機構は半導体製造技術においてよく知
られている。上記技術分野では光源に対して光学
マスクをそれ自身の法線方向に移動させる事がし
ばしば必要とされ、そのような機構は容易にこの
場合に適用できる。案内手段は検出器10に固定
されるので、検出器10及びマスク11はマスク
11と検出面12との間の間隔を調整する能力を
有する単純な自己支持アセンブリを構成する。符
号化アパーチヤ・マスク11を迂回したガンマ線
を阻止するために通常の方法でシールドが設けら
れ、また検出器10にも設けられる。実際は検出
器及びマスクのアセンブリは物体14等の3次元
的ガンマ線源の前面に置かれ、マスク11はどち
らの方向の調整も可能にするように移動範囲のほ
ぼ中間に置かれる。
検出器10例えばAngerカメラは物体14から
マスク11の透明部分を通過して来た光子を検出
し、一定期間にわたつて検出面12上に到達した
放射の像を作り上げメモリ15に記憶する。これ
は全く普通の方法であつて、例えば上記米国特許
第4209780号明細書に説明されている。各記憶位
置は検出面12の要素的領域、典型的にはNaI結
晶に対応し、各記憶位置の内容は一定時間内に検
出器の要素的領域上に到達したガンマ線の光子の
量に対応する。メモリ15は典型的には検出面1
2の64×64の要素的領域のマトリツクスを画定す
る。簡単のために第1図はマスク11に平行な物
体面17中の1点16からしかガンマ線が放出さ
れないように描いてあるが、同じ物体面及び他の
物体面中の同様の点もメモリ15に記憶される放
射像に寄与する事は明らかである。
メモリ15に記憶された放射像は任意の選択さ
れた物体面例えば面17の像を便利な形で表示装
置19に表示するための解読回路18で解読され
る。選択された物体面の像は、他の全ての面から
の焦点のずれた放射の背景の上にあつて焦点が合
つている。回路18は、選択された物体面の点に
よつて検出面12上に投影されたマスク11の影
の寸法に関係した適当な寸法又は倍率の解読パタ
ーンと記録された像とを相関する事によつて解読
を行なう。従来技術では物体、マスク及び検出器
の位置は全て固定されているので、像形成のため
に異なつた物体面を選択すると異なつた解読処理
を用いる必要があり、このため解読回路18は実
際的理由から複雑なプログラミングを伴なう汎用
コンピユータから構成する必要があつた。この要
求は従来システムではマスク11と検出面12と
の間の間隔を調整する事を許す事によつて回避さ
れている。
最初に物体面17とマスク11との間の距離
d、及び物体面17と検出面12との間の距離D
が、解読回路18中の所定の解読処理を用いてメ
モリ15中の符号化像から物体面17の像が再構
成できるようなものに選択されていると仮定す
る。次に元の物体面17からΔDだけ変位した異
なつた物体面が像形成のために選択されたと仮定
する。マスク11が物体面と同じ向きにΔd動か
され、その時に、 D+ΔD/d+Δd=D/d であるとすると、新しい物体面の点によつて投影
されるアパーチヤ・マスクの影の検出器における
倍率は元の物体面17の場合の倍率と同じであ
る。これは、もし新しい符号化像がメモリ15に
形成されたならば、解読回路18において同じ解
読処理が使える事を意味している。同様の考察は
他の物体面にも適用される。即ち各々の選択され
た物体面毎にD/dが定数になるようにマスク1
1が動かされるとすると、任意の選択された物体
面は同じ解読処理を用いて再生像が形成される。
明らかにこの技術は解読回路18において必要な
処理能力を大幅に削減している。というのは選択
された物体面毎の異なつた解読処理の代わりに固
定された解読処理が行なわれるからである。必要
な事は選択された新しい物体面毎に新しい放射像
がメモリ15に記憶されなければならない事だけ
である。
上記システムと共に用いられる符号化アパーチ
ヤ・マスク11の非常に有利な形は、n×m=2N
−1(例えばn=31、m=33、N=10)の場合の
n×mの長さのm系列に基づいた基本的n×mマ
スクの2重モザイクである。基本的マスクは中央
に位置する事が好ましい。そのような場合解読回
路18は容易に完全にハードウエアで実現され非
常に速く動作するので、異なつた物体面の事実上
リアル・タイムの像再生を与える。そのようなマ
スクと共に用いられる解読回路の説明を以下第2
図を参照しながら行なう。しかしがらこの場合、
アパーチヤ・マスクを形成する透明要素及び不透
明要素の配列が、選択された物体面中の任意の点
源によつて検出面12上に影として像が形成され
る時に、検出面12の要素的領域と同じ空間的周
期性を持つように、固定化D/dが選択されなけ
ればならない事に注意する必要がある。言い換え
るとマスクの影の空間的周期性は検出器の分解能
と同じであり、各検出器要素の大きさは各マスク
要素の大きさにD/dをかけたものである。
第2図に戻ると、普通の方法で一定期間にわた
つて形成された放射像を記憶しているメモリ15
が再び示されている。n=33及びm=31のm系列
マスクの場合はこの像から33×31の数値のマトリ
ツクスが行毎に引き出され、成形装置20に渡さ
れる。装置20はこの行ベクトルを33×31マトリ
ツクスの巡回対角配列(cyclic diagonal
ordering)に対応するベクトルに置換する。もし
i=1、……(33×31)として入力ベクトルが
{xi}で表わされるとすると、j=1、……(33
×31)として出力ベクトル{yj}は次式で定義さ
れる。
yj=xi 但し、i=μn+m(μo−1) μn=1+(j−1)modo μn=1+(j−1)modn これは単純な置換手続なので、成形装置20に
おいて以下の文献に説明されているようなハード
ウエア置換装置によつて実行し得る。
(a) Darby他:“East digital/SAW prime
transform processor”、Ultrasonics
Symposium Proceedings、Cherry Hill NJ、
Sept.25−27 1978、IEEE発行(Cat.No.
78CH1344−ISU)New York、NY.1978、
pp.522〜526 (b) Vojir、W:“Hardware design for new
digital signal processing techniques”、IEEE
Proc.Natl.Aerosp.Electron Conf.NAECON
1980、Vol.2、Dayton、Ohio、USA、
May1980、IEEE発行(Cat.No.、80CH1554−5
NAECON)pp.872〜878 巡回対角形式の符号化像のベクトルは次に高速
アダマール変換(FHT)によつて解読される。
FHTは前置換装置21及び後置換装置23並び
に実際の変換器22によつて実現され得る。置換
装置21,23は成形装置20に関して述べた一
般形式のものであるが、FHTのハードウエア的
実現は次の文献に説明されている。
(a) Bacchi他:“Real time orthogonal
transformation of colour television
pictures”、Phillips Tech.Review、Vol.38、
Nos.4〜5、1978〜79、pp.119〜130 (b) Spencer DJ:“VIDAP:A real time
video data compressor”、Proc.Soc.Photo
Opt.Instrum.Eng.、Vol.207、Appl.of Digital
Image Proc.3、San Diego Calif.、
Aug.1979;SPIE発行、1979、pp.284〜290 (c) Shaw and Westgate:“CCD image
processor for Hadamard transform
operations”、Proc.IEEE、Vol.68、No.7、
July1980、pp.939〜940 ベクトル{yj}が装置21〜23によつて処理
された結果として、我々は次式を得る。
{zk}=F{yj} 但しFはFHT処理に伴なう2つの置換を表わ
す。ベクトル{zk}は巡回対角形式における解読
された像である。通常の表示装置19に表示する
ためにそれは復形装置24によつて行形式のベク
トルに置換される。その結果得られたこのベクト
ル{di}の成分は次式によつて与えられる。
dj=zk 但し、i=μn+m(μo−1) μo=1+(k−1)modo μn=1+(k−1)modn 33×31の像に関して上述の4つの全ての置換は
前もつて固定されている。そしてもし最大の効率
が要求されるならば成形装置20及び置換装置2
1並びに同様に置換装置23及び復形装置24は
単一のハードウエア置換装置に結合され得る事が
容易に理解されよう。さらに出力像は表示に先行
して、焦点のずれた背景のいくつかを除去するた
めにハードウエア的にフイルタリングする事がで
きる。上記の解読回路18のハードウエア的実現
の代わりに、同じ機能を実行する適当にプログラ
ムされたマイクロロプロセツサを用いる事も当然
可能である。
本発明はm系列に基づいた符号化アパーチヤ・
マスクと共に用いると特に有用であることを示し
て来たが、本発明は任意の符号化アパーチヤ断層
撮像システムに応用可能であつて、異なつた物体
面を解読するのに必要な処理能力をかなり減少さ
せる。もつとも固定された解読処理のハードウエ
ア的実現は全ての場合に最も効率的ではないかも
しれない。符号化アパーチヤ・マスクの実際の構
成は説明しなかつたが、これは従来技術で周知で
ある。例えば米国特許第4209780号明細書を参照
されたい。
発明を実施する時のシステムの種々の要素(物
体、マスク、検出器)の位置に対する唯一の拘束
は選択された異なつた物体面に対してD/dが一
定に保れるべき事である。少なくとも医学的応用
の場合はこの事は前述の実施例を用いて、即ち物
体(患者)及び検出器を固定しマスクを移動させ
る事によつて最も容易に達成される。しかしなが
ら同じ効果は物体、マスク及び検出器の任意のも
のを1つ以上移動させる事によつて得る事ができ
る。そしてある状況では他の構成が好ましいかも
知れない。例えば地質学的又は他の小さな試料を
調べるならば、マスク及び検出器を固定された距
離に離して保ち、試料を試料ホルダー中でマスク
へ向つて又はマスクから遠ざけるように移動させ
る方が容易であろう。任意の与えられた試料の位
置において1つの物体面だけがD/d=1定の関
係を満足し、これが解読回路によつて再生される
面である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理に基づいた符号化アパー
チヤ撮像システムの実施例の概略図、第2図は第
1図の解読回路のブロツク図である。 10……検出器、11……マスク、12……検
出面、14……物体、15……メモリ、18……
解読回路、19……表示装置、20……成形装
置、21……前置換装置、22……高速アダマー
ル変換装置、23……後置換装置、24……復形
装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 符号化アパーチヤ・マスクを通過した物体か
    らの放射を検出し、一定期間にわたつて検出され
    た放射の像を記憶し、選択された物体面毎に、選
    択された物体面内の点によつて検出器上に投影さ
    れるマスクの影の大きさに適した相関処理によつ
    て上記記憶された像を解読する事によつて、3次
    元的物体の異なつた選択された面の断層像を形成
    するための方法において、 選択された物体面から検出面までの距離をD、
    選択された物体面からマスクまでの距離をdとす
    ると、物体、マスク及び検出器のうち少なくとも
    1つの位置を調整する事によつてD/dが一定に
    なるように上記各物体面が選択され、 そのように選択された上記各物体面毎に放射の
    像が検出及び記憶され、 上記各記憶された像が、固定された解読処理を
    用いて解読される事を特徴とする断層像形成方
    法。 2 上記符号化アパーチヤ・マスクがm系列に基
    づき、上記固定された解読処理が高速アダマール
    変換を用いる特許請求の範囲第1項記載の方法。
JP57001071A 1981-03-30 1982-01-08 Formation of tomograph image Granted JPS57166145A (en)

Applications Claiming Priority (1)

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EP81301382A EP0061547B1 (en) 1981-03-30 1981-03-30 Method and apparatus for tomographical imaging

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JPS57166145A JPS57166145A (en) 1982-10-13
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ID=8188259

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JP57001071A Granted JPS57166145A (en) 1981-03-30 1982-01-08 Formation of tomograph image

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US (1) US4435838A (ja)
EP (1) EP0061547B1 (ja)
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