JPH0375045A - 再生像の視野外の物体に対するｃｔデータの補償方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は計算機式断層写真法、特にＸ線減衰測定値か
ら医療用の像を発生するのに使われる計算機式断層写真
法（ＣＴ）スキャナに関する。

第１図に示す様に、人間の解剖学的な部分の像を発生す
る為に使われるＣＴスキャナは、患者テーブル１０を持
ち、これはガントリー１２の開口１１の中に配置するこ
とが出来る。高度にコリメートされたＸ線の源１３が、
開口１１の片側で、ガントリー１２の中に取付けられ、
１つ又は更に多くの検出器１４が開口の反対側に取付け
られる。

Ｘ線［１３及び検出器１４は、患者を走査する間、開口
１１に沿って回転させ、少なくとも１８０゜の回転範囲
にわたる異なる多数の角度から見たＸ線威衰測定値を求
める。

患者の完全な走査は、ｘｍｉｉａ及び検出器１４の別々
の角度の向きで求められる１組のＸ線減衰Ｍ１定値で構
成される。この各々の１組の測定値が、業界では「ビュ
ー（Ｖｉｅｗ）　Ｊと呼ばれ、各組の測定値の結果が透
過輪郭である。第２Ａ図に示す様に、各々のビューの１
組の測定値は、Ｘ線源１３及び検出器１４を、矢印１５
で示す様に、収集の視野（ビューのフィールド）を横切
る様に同時に並進させることによって求めることが出来
る。

源１３及び検出器１４が並進する時、患者を通抜ける一
連のＸ線減衰の測定を行ない、その結果書られる１組の
データが１つの角度の向きに於ける透過輪郭となる。そ
の後、源、１３及び検出器１４の角度の向きを（例えば
１°）変更し別のビューを収集する。各々の透過輪郭を
収集する別の構成が第２Ｂ図に示されている。この構成
では、Ｘ線源１３が扇形ビームを発生し、それが患者を
通過して、検出器配列１４に入射する。この配列にある
各々の検出器１４が別々の減衰信号を発生し、全ての検
出器１４からの信号を別々に収集して、所定の角度の向
きに対する透過輪郭を発生する。

前に述べた構成と同じく、その後、Ｘｔ９１ｉ１ａ１３
及び検出器配列１４を異なる角度の向きに回転し、次の
透過輪郭を収集する。

各々の透過輪郭用のデータを収集した時、信号をフィル
タにかけ、補正し、コンピュータ・メモリに記憶する為
にディジタル化する。こう云う工程が業界では包括的に
「予備処理」と呼ばれ、データが収集されている時に実
時間で行なわれる。

その後、収集された透過輪郭を使って、再生視野に於け
る各々の容積要素のＸ線減衰係数を示す像を再生する。

こう云う減衰係数がｒＣＴ数」と呼ばれる整数に変換さ
れ、このＣＴ数を使っ°Ｃ，ＣＲＴ表示装置の対応する
画素の輝度を制御する。

こうして、患者を通るスライス中の解剖学的な構造を示
す像が発生される。

記憶されている透過輪郭から像を再生するには、かなり
の計算を必要とし、実時間で行なうことは出来ない。像
を再生する為に現在行なわれている方法は、業界ではフ
ィルタ補正逆投影方式と呼ばれ、この方式を使う時に必
要な計算時間は、１つには、各々のビュー又は透過輪郭
の間に収集される減衰データの量によって決定される。

特に、この方式に於けるフィルタ工程はフーリエ変換を
用いて実施され、この変換の計算時間は、透過輪郭の為
に収集されたデータの量の変化によって大福に影響を受
けることがある。

第３図について説明すると、像を正しく再生するには、
各々のビューのＸ線減衰値が、開口１１内にある全ての
物体を通ることが必要である。物体が収集された視野よ
りも大きければ、第３図の垂直向きのビューによって示
す様なある透過輪郭では、支持テーブル１０により値が
減衰するが、第３図の水平向きのビューで示す様な他の
透過輪郭では、値が減衰しない。その結果、全ての透過
輪郭を逆投影して、再生された視野に於ける各々の容積
要素のＣＴ数を決定する時、ＣＴ数が正確でなくなる。

この精度低下は表示像の中で背景の陰影として見られ、
それは解剖学的な細部をぼかす程、輝度又は暗さを強め
ることがある。

勿論、この問題に対する解決策は、開口１１内にある物
体全体が収集データの視野の中にある様に保証すること
である。例えば、患者の頭を作像する時、米国特許第４
，４００．８２０号に記載されている様な頭保持体１５
を用い、テーブル１０の端から伸ばし、頭の輪郭と密接
に追従する様にする。頭保持体１５は患者を支持してい
るが、どの角度でも視野内に包み込まれるように必要な
視野の寸法を目立って増加させるものではない。

都合の悪いことに、全ての物体を視野に局限することが
出来ない場合が多くある。例えば、外傷のある患者では
頭保持体を使うことが出来ないことがあり、この場合、
テーブル１０を支持の為に使わなければならないし、そ
れが開口１１の中に入る。こう云う場合、その結果、像
の品質が劣化するのを我慢するか、再生像を作るのに使
われる収集データの視野を拡大しなければならないが、
そうすれば計算時間が長くなる。

発明の要約 この発明は像を再生するのに使われる透過輪郭用のデー
タを補償する方法、更に具体的に云えば、再生用の視野
の外側にある物体の影響を帳消しにする様に透過輪郭用
のデータを変更する方法に関する。この方法は、再生用
の視野の外側にある物体を含む視野から透過輪郭用のデ
ータを収集し、再生用の視野の中にある中心の透過輪郭
用のデータを畳込み積分の核と畳込み積分することによ
って、透過輪郭用のデータにフィルタ作用を加え、再生
用視野の外側にある周辺の透過輪郭用データを畳込み積
分の核と別々に畳込み積分し、フィルタにかけた周辺の
透過輪郭用データをフィルタにかけた中心の透過輪郭用
データに加算することによって、フィルタにかけた透過
輪郭用データを補償し、補償済みのフィルタにかけた透
過輪郭用データを使って像を再生する工程を含む。

この発明の全般的な目的は、像再生の計算時間を目立っ
て長くせずに、再生像のビューの外側にある物体に対す
るＣＴデータを補償することである。データ収集の視野
は、必要に応じて全ての物体を含む様に増大する。その
結果得られる透過輪郭は、像の再生に必要な減衰値を含
む中心領域と、再生像の視野の外側にある減衰値を含む
周辺領域とを含む。中心領域は、所望の畳込み積分の核
を用いて、普通の様なフィルタ作用にかけ、周辺領域は
、同じ畳込み積分の核を使うが、時間のか＼るフーリエ
変換を使わないで済す簡略にした手順を用いて、別々に
フィルタ作用にかける。その後、フィルタにかけられた
中心領域のデータは、フィルタにかけられた周辺領域の
データを用いて補償し、再生像の視野の外側にある物体
の影響を帳消しにする。計算時間は長くなるが、その増
加は、普通の方法で透過輪郭全体にフィルタ作用をかけ
るのに要する時間の増加の僅かな端数である。

この発明の上記並びにその他の目的及び利点は、以下の
説明から明らかになろう。

次にこの発明の好ましい実施例を示した図面について説
明する。然し、この実施例は必ずしもこの発明の範囲全
体を表わすものではなく、この発明の範囲を解釈するに
あたっては特許請求の範囲を参照されたい。

好ましい実施例の説明 第５図について説明すると、ＣＴ装置の動作が、コンピ
ュータ・プロセッサ２６及びディスク・メモリ２７を含
むプログラム式データ処理装置２５によって制御される
。ディスク・メモリ２７が、コンピュータ・プロセッサ
２６が患者の走査及び像の再生と表示に使うプログラム
を記憶している。

更にこれは、収集されたデータと再生像データとをも短
期的に記憶する。コンピュータ・プロセッサが、図示の
様に、装置の他の素子と接続するのに適した入力及び出
力ボートを持つ汎用ミニコンピユータを含む。更にそれ
が米国特許第４，４９４．１４１号に記載される様な配
列プロセッサを含む。

コンピュータ・プロセッサ２６の出力ボートがＸ線制御
回路２８に接続され、この回路がＸ線管１３を制御する
。Ｘ線管１３の高圧及びその陰極電流は、正しい線量が
得られる様に制御される。

高圧及び陰極電流はオペレータによって選ばれる。

このオペレータが、所望の値をオペレータ・コンソール
３０から入力し、コンピュータ・プロセッサ２６はその
走査計画に従ってＸ線を発生する様に指示する。

前に述べた様にＸ線は扇形に分散し、ガントリーの開口
１１の反対側に取付けられた検出器１４の配列がそれを
受取る。個別に８５２個のセル又は検出素子があり、そ
の各々が、Ｘ線管１３を出て、開口１１内に配置された
患者を通る直線通路を通る１本のＸ線を検査する。検出
器配列１４は、その両端の各々に、源１３からの減衰し
ていないＸ線を受取る一群の基準セルをも含む。各々の
検出素子で得られた電流がアナログ電気信号として集め
られ、データ収集装置３１にあるＡ／Ｄ変換器によって
ディジタル数に変換される。信号は、１番目の検出器か
ら始まり、８５２番目の検出器で終わる様に、逐次的に
ディジタル化される。全ての検出器からのディジタル化
された測定値が完全なビューである。米国特許第４，１
１２，３０３号及び同第４，１１５，６９５号にはガン
トリー横這が詳しく説明されており、米国特許第４゜７
０７．６０７号には検出器配列１４が詳しく説明されて
おり、データ収集装置は米国特許第４゜５８３．２４０
号に記載されている。ディジタル化された信号がコンピ
ュータ・プロセッサ２６に入力される。

データ収集装置３１からのディジタル化された減衰測定
値は、「暗流」、不均一な検出セルの感度及び利得、並
びに走査全体にわたるＸ線ビーム強度の変動を補償する
様に、周知の形で予備処理される。その後、ビーム硬化
の補正とデータの対数形式への変換が行なわれて、各々
の測定値がＸ線ビームの減衰の線積分を表わす様にする
。この予備処理は、走査を実施している時、実時間で行
なわれ、第６図で示す様に、各々のビューの減衰値３２
が、２次元生データ配列３３の１行に記憶される。破線
３４で示す様に、各々の行の減衰データが、ある１つの
角度で観察した時の作像すべき物体の透過輪郭となる。

走査が完了した時、生データ配列３３は各々の行に、１
つのビューからの透過輪郭３４を記憶している。従って
、この配列３３の一方の次元は、走査で収集されるビュ
ーの数によって決定され、他方の次元は各々のビューで
収集される検出セル信号の数によって決定される。収集
される検出セル信号の数が、収集される視野を決定し、
この発明では、この視野（ビューのフィールド）は再生
像を歪める惧れのあるガントリー開口１１内の全ての物
体を収める位に大きくすべきである。好ましい実施例で
は、これは８５２個までの検出セル信号を含むことが出
来る。

生データ配列３３にある減衰値から像を再生する前に、
第７図に示す様に、データは畳込み積分の核３５のフィ
ルタ作用を受ける、又はそれによって修正される。周知
の様に、核３５を用いた畳込み積分は、各々の透過輪郭
が後で逆投影されて像を再生する時、各点の周りのぼけ
がなくなる様に、減衰データを修正する。畳込み積分の
核関数Ｋ　（ｘ）はｚ　−ａ　Ｑに対して対称的であり
、Ｘ　−ｍ　Ｑでは１の値を持ち、その両側の値は負で
ある。この畳込み積分工程は、生データ配列３３にある
各々の素子の周りの減衰値と畳込み積分の核３５の値と
の乗算と、その結果を加算して第６図に示す処理済みデ
ータ配列３６を形成すること＼を要するから、非常に計
算量が大きい。この作用を実施する為に普通便われる方
法が、生データ配列３３の各行をフーリエ変換し、畳込
み積分の核３５をフーリエ変換し、変換された２つの波
形を乗算することである。その後、逆フーリエ変換を実
施して、処理済みデータ配列３６を作る。

この畳込み積分工程を行なうのに要する処理量は、処理
される視野の中に含まれる検出セル信号の数の関数とし
て、線形に増加するのではない。

そうではなく、フーリエ変換方法を用いて畳込み積分を
実施するのに要する時間は、Ｎを処理される検出セル信
号の数より大きいか又はそれに等しい最小の２のべき数
として、大体Ｎ　１　ｏ　ｇ　２　Ｎ　Ｌ比例する。例
えば、５１２個又はそれより少ない数の検出セル信号を
処理する時、Ｎ−５１２である。他方、５１３個又は更
に多くの検出セル信号を処理する時、Ｎ、０２４であり
、畳込み積分の処理時間は大体２倍になる。云い換えれ
ば、検出処理信号の数を増やして、２のべき数の境界と
交差すると、処理時間は大体２倍になる。

この発明は、畳込み積分の積分処理時間を大幅に長くす
る様な２のべき数の境界との交差をせずに、収集用の広
い視野を持つ透過輪郭用データを処理する方法である。

この方法は、畳込み積分過程を実施する為に、コンピュ
ータ・プロセッサ２６によって実行されるプログラムに
よって実施される。次に、この方法を第９図のフローチ
ャート及び第８Ａ図乃至第８Ｄ図のグラフについて説明
する。

畳込み積分は、畳込み積分の核３５を用いて、生データ
配列３３にある各行のデータ（即ち、透過輪郭）に対し
て実施する。第８Ａ図に一番よく示されているが、収集
されたデータが、６１８個までの別々の素子又は減衰値
を有する透過輪郭を作る。これらが５１２個の素子から
なる中心領域５０と、夫々５３個までの素子からなる２
つの周辺領域５０．５２とに分割される。第９図のブロ
ック５３で示す様に、畳込み積分過程の最初の工程は、
透過輪郭の５１２個の素子からなる中心領域５０の普通
の畳込み積分を実施することである。

即ち、中心領域５０に対してフーリエ変換を行ない、変
換された畳込み積分に結果を乗じ、その和に逆フーリエ
変換を行なう。５１２個の素子の結果が、処理済みデー
タ配列３６（第６図〉の対応する行に記憶され、この畳
込み積分データ５４の見取図が第８Ｂ図に示されている
。このデータを使って像を再生すると、周辺領域５１．
５２に入っている減衰値を考慮しないことによって、陰
影効果が生ずる。過程の残りは、周辺領域５１．５２を
考慮に入れる様に、処理済みの中心領域のデータ５４を
補正することである。勿論、６１８素子の透過輪郭全体
の畳込み積分を工程５３で普通の様に行なうことが出来
るが、前に述べた様に２のべき数の境界と交差し、処理
時間が２倍近くになる。

第８Ａ図に戻って、Ｘｌ及びＸ２を周辺領域５１の境界
とし、Ｘ３及びＸ４を周辺領域５２の境界とする。周辺
領域５１の減衰データが任意の点Ｘに於ける透過輪郭全
体の畳込み積分に対して次に示す項の寄与を持つ。

Ｊ’　Ｐ　（ｘ’　）　Ｋ　（ｘ−ｘ’　）　ｄｘ’１ （１） こ＼でｋ　（ｘ）は畳込み積分の核、Ｐ　（ｘ’　）は
透過輪郭、Ｘ′は２つの関数の積を、畳込み積分過程で
、加算する点を表わすダミー変数である。

畳込み積分の核Ｋ（ｘ−ｘ’）を任意の点Ｘ。

を中心とするテーラ−級数に展開するとＫ　（ｘ−ｘ’
　）　−Ｋ　（ｘ−ＸＱ　）＋　（ＸＯ−Ｘ’　）　Ｋ
’ （ｘ−ｘＯ）十・・・・・・ （２） こ＼でに′はＫの１次微分である。

この展開式を式（１）に代入すると Ｋ　（ｘ−ＸＱ　）　　Ｊ’　Ｐ　（ｘ’　）　ｄｘ’
１ ＋に’　　（ｘ−ｘ□）　　Ｊ’ １ （ｘ□　−ｘ’　）　Ｐ　（ｘ’　）　ｄｘ’　＋・−
・−（３） 式（３）の第２項はｘ□を次の様に選ぶことによって除
くことが出来る。

ｘ７ ＸＯＪ’　Ｐ　（ｘ’　）　ｘ’　　ｄｘ’　／　Ｊ″
Ｐ　（ｘ’　）　ｄｘ’式（４）は、周辺領域５１の塊
の中心の場所を見付ける為の式である。従って、第１次
近似で、畳込み積分過程に寄与する式（３）の唯一の項
は次の通りである。

２ Ｋ　（ｘ−ＸＱ　）　　Ｊ”　Ｐ　（ｘ’　）　ｄｘ’
１ （５） この項は、周辺領域５１にある全ての減衰値の積分に、
周辺領域５１の塊の中心に置いた畳込み積分の核を乗じ
たものである。従って、周辺領域５１．５２の各々で５
３個の減衰値の組全体は、この領域の塊の中心にある１
個の値に置換えることが出来る。このことが第８Ｃ図で
夫々矢印５５゜５６によって示されている。これらの矢
印は、夫々周辺領域５１．５２にある全ての減衰値の和
に等しい１個の減衰値を表わす。

第９図について説明すると、畳込み積分プログラムは、
ブロック５７で示す様に、その前にある全ての減衰値を
加算することによって、各々の周辺領域５１．５２の積
分を計算する。その後、ブロック５８で示す様に、式（
４）で示す通りに、各々の周辺領域５１．５２の塊の中
心を計算する。

次に、ブロック５９で示す様に、畳込み積分の咳３５に
領域５１の積分値を乗じて、周辺領域５１の畳込み積分
の第１次近似を作る。周辺領域５２に対しても同じ作用
が行なわれる。ブロック６０で示す様に、この様にして
畳込み積分した周辺領域は、その中心を塊の中心（ｘ□
　）に等しい分だけその中心から遠ざける向きに割出す
ことにより、畳込み積分された中心領域５０に対する位
置を占める。このことが第８Ｄ図に図示されており、畳
込み積分した周辺領域５１の中心インパルス５７は中心
領域の左側の距離Ｘｏの所にあり、畳込み積分した周辺
領域５２の中心インパルス５８は中心領域の右側にある
。

各々の畳込み積分した周辺領域５１．５２の内、中心領
域５０と重なる部分が、処理済みデータ配列３６に記憶
されている畳込み積分した中心領域データ５４に加算さ
れる。この作用がブロック６１で行なわれ、第８Ｄ図に
は陰影線を施した領域６２．６３によって図示されてい
る。勿論、実際には、畳込み積分した周辺領域データは
１次元の配列に記憶されており、プログラムは中心の値
からはｘｏだけ割出す。その後、この配列内に残ってい
る値が、中心領域の左側の境界から開始して、処理済み
データ配列３６の夫々の値に加算される。

右側に対しても同じ過程を繰返して、両方の周辺領域に
ある物体の効果について像データを補償する。

判定ブロック６５で示す様に、畳込み積分プログラムは
ループ状に戻って、生データ配列３３にある各々の透過
輪郭を処理し、こうして完全な処理済みデータ配列３６
を作る。この後、処理済みデータ配列を使って、逆投影
方式を利用して、普通の様に像を再生する。

この発明はＣＴ装置により、再生像を歪みの惧れのある
全ての物体を含む広い視野にわたって、データを収集す
ることが出来る様にする。再生像め視野は一層小さいが
、−層広い収集した視野内にある物体の影響を考慮に入
れる様に、像データが補償されている。この補償は、フ
ーリエ変換工程を用いた時の２のべき数の境界との交差
による処理時間の不釣合な延長を伴わずに達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を用いることが出来るＣＴ装置の斜視
図、第２Ａ図及び第２Ｂ図は第１図のＣＴ装置に使うこ
とが出来る２種類の走査方式を示す略図、第３図は第２
Ｂ図の走査方式の略図で、視野の外側にある物体によっ
て生ずる問題を例示する図、第４図は第１図のＣＴ装置
内での患者の部分的な斜視図、第５図の第１図のＣＴｇ
置のブロック図、第６図は第１図のＣＴ装置によって収
集され且つ処理されるデータを示すグラフ、第７図は第
６図のデータの処理に使われる畳込み積分の核を示すグ
ラフ、第８Ａ図乃至第８Ｄ図は収集されたデータがこの
発明によってどの様に処理されるかを示すグラフ、第９
図はこの発明を実施する為に第１図のＣＴ装置によって
実行される畳込み積分プログラムのフローチャートであ
る。 ［主な符号の説明］ ３４：透過輪郭、 ３５：畳込み積分の核、 ５０：中心領域、 ５１．５２：周辺領域、 ６２．６３二推定値。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＣＴ装置を用いて像を再生する方法に於て、（ａ）
   １組の透過輪郭を収集し、各々の透過輪郭は、再生しよ
   うとする像の視野に対応する中心領域に１組の減衰値を
   持つと共に、前記中心領域の両側にある周辺領域に配置
   された減衰値の組を持っており、（ｂ）収集された１組
   の透過輪郭中の各々の透過輪郭の中心領域を畳込み積分
   の核と畳込み積分して処理済みデータを発生し、（ｃ）
   透過輪郭の周辺領域にある前記組の減衰値の畳込み積分
   を推定し、該推定値を前記処理済みデータに加算して補
   償済み処理済みデータを発生することにより、前記処理
   済みデータを補償し、（ｄ）該補償済み処理済みデータ
   を逆投影することによって像を再生する各段階を含むこ
   とを特徴とする方法。 ２、周辺領域にある各組の減衰値の畳込み積分が、各組
   の減衰値を加算し、その和に畳込み積分の核を乗するこ
   とによって推定される請求項１記載の方法。 ３、周辺領域にある各組の減衰値の畳込み積分が、周辺
   領域の塊の中心にあって、該周辺領域にある全ての減衰
   値の和に等しい振幅を持つ１個の減衰値に畳込み積分の
   核を乗することによって推定される請求項１記載の方法
   。 ４、各々の周辺領域にある減衰値の推定された畳込み積
   分が、推定された減衰値の配列であり、推定された減衰
   値の選ばれたものが、処理済みデータの要素に加算され
   る請求項３記載の方法。 ５、ＣＴ装置を用いて像を再生する装置に於て、（ａ）
   １組の透過輪郭を収集する手段であって、各々の透過輪
   郭が、再生しようとする像の視野に対応する中心領域に
   １組の減衰値を持つと共に、前記中心領域の両側にある
   周辺領域に配置された減衰値の組を持っている手段と、
   （ｂ）収集された１組の透過輪郭中の各々の透過輪郭の
   中心領域を畳込み積分の核と畳込み積分して処理済みデ
   ータを発生する手段と、（ｃ）透過輪郭の周辺領域にあ
   る前記組の減衰値の畳込み積分を推定し、該推定値を前
   記処理済みデータに加算して補償済み処理済みデータを
   発生することにより、前記処理済みデータを補償する手
   段と、（ｄ）該補償済み処理済みデータを逆投影するこ
   とによって像を再生する手段とを含むことを特徴とする
   装置。 ６、周辺領域にある各組の減衰値の畳込み積分が、各組
   の減衰値を加算し、その和に畳込み積分の核を乗ずるこ
   とによって推定される請求項５記載の装置。 ７、周辺領域にある各組の減衰値の畳込み積分が、周辺
   領域の塊の中心にあって、該周辺領域にある全ての減衰
   値の和に等しい振幅を持つ１個の減衰値に畳込み積分の
   核を乗ずることによって推定される請求項５記載の装置
   。 ８、各々の周辺領域にある減衰値の推定された畳込み積
   分が、推定された減衰値の配列であり、推定された減衰
   値の選ばれたものが、処理済みデータの要素に加算され
   る請求項７記載の装置。