JPH05212025A - 部分円環状のレントゲンビーム源と部分円環状の検出器を有するコンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 相補的な補間構成を設けずに動作しかつ満足
できる結果を与える、部分円環として形成された陽極
（３）と部分円環状の検出器（１５）を電子的に走査す
るコンピュータトモグラフを提供する。 【構成】 検出器のデータ組を、測定値に依存すること
なく後続の画像再生が標準ＣＴ法により行なえるように
重み付けし、このことは、実施される重み付けを次のよ
うに選定したことにより、即ちシノグラムにおいて範囲
の境界が一定の重みによりなめらかな曲線を形成するよ
うに選定したことにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定フィールドを部分
的に囲む、部分円環として形成されたレントゲンビーム
源を備え、レントゲンビームが測定フィールドを異なる
方向から透視するために発生されるように、該レントゲ
ンビーム源上で焦点が回転し、レントゲンビームは測定
フィールドから出た後に、同様に部分円環として形成さ
れた、複数個の検出器エレメントの列から構成されてい
る検出器へ照射し、該エレメントの測定値から計算器に
より測定フィールドの中の検査対象の像を算出する装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のコンピュータトモグラフ（断層
撮影装置）の場合、シノグラムは即ちマトリクス形式に
よる検出器のデータ組の配置が部分的にしか満たされな
い。

【０００３】部分円環に起因するこの問題点は、焦点形
成（例えば偏向された電子ビーム、偏向されたレーザに
よる表面加熱、回転する管）に依存せず、測定の形式
（例えば個々の検出器）に依存せず、かつＺ方向に関す
る幾何学的な特異性に依存しない。例えば同じ平面にお
ける両方の部分円環（例えば検出器部分円環の軸振動に
より得られる） 両方の部分円環がＺ方向へずらされる 測定中の連続的な寝椅子移動（スパイラルＣＴ） 上述のこれらの特別のケースの任意の組み合わせ。

【０００４】図１は一例として、撮影中に移動可能な患
者寝椅子を有する、Ｚ方向へずらされる陽極━および検
出器円環を備えた後述の装置を示す。

【０００５】図２および図３は部分円環により、完全な
即ち対象円環を全部検出する扇形（セクタ）のほかに、
可変の大きさの部分扇形が形成される様子を示す。通常
は測定値位置は２つの角度データにより表わされる： α（ａｌｐｈａ）＝扇形中心（検出器）の角度位置 β（ｂｅｔａ）＝扇形における角度位置 データのα，βマトリクスはシノグラムとして示されて
いる（図３）。図２に７で検出器が、３で陽極がおよび
６で測定磁界が示されている。しかし同じ走行路（直
線）におけるかつ反対の走行方向への対象の透視に相応
する測定値は、相補的と称される。

【０００６】図４〜図７は測定値の定義とその分類を次
のように示す。即ち、 （０）＝欠如、即ち所属の検出器━または集束区間が存
在しない。

【０００７】（１）＝単一、即ち存在するが相補値は存
在しない。

【０００８】（２）＝二重、即ち存在しかつ相補値も存
在する。

【０００９】対象円環の各々の点へおよび各々の方向へ
なお少なくとも１つの測定値が存在し、より一層小さ
い、いずれの円環の構造がもはや上記の特性を有しない
場合は、装置の幾何学的特性量は最小であると称する。

【００１０】図４は測定ビームＡＢに対する角度を示
し、図５相補的な測定ビームＡ′Ｂ′を示す。

【００１１】図６は最小の幾何学的寸法を示し、図７は
測定ビームの分類を示す。

【００１２】図３は図２に所属するシノグラムの特性分
布状況を示す。

【００１３】完全な３６０゜陽極および最小検出器円環
を有する第４世代のＣＴ装置の場合のシノグラム充足に
対して、Ｐａｒｋｅｒにより、相補範囲（２）および
（２＊）のデータの重み付けを用いた再生が提案された
（Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．１９８２，２５４頁〜２５７
頁）。

【００１４】両方の円環が部分円環としてだけ構成され
ている時は、通常の方法は次のようにな手段をとってい
る。即ちＰａｒｋｅｒ重み付け可能な形式（仮設的な陽
極円環）へシノグラムを移行させる目的で、相補データ
における補間により人為的な測定データを創り出すこと
にある。

【００１５】この相補的な補間は次の欠点を有する： データの不一致：原理的な物理的および技術的理由によ
り逆方向からの測定値が正確には一致しない（ビームプ
ロフィール等）。１つの扇形内の隣り合う値の不一致は
畳み込みによりさらに増幅されて画像における人為的な
画像（ａｒｔｅｆａｋｔ）を容易に形成する。この危険
は通常のように念入りのデータ平滑化により打ち消され
るが、しかしこのことは情報損失を意味する。

【００１６】特別な角度状態の場合は別として常に、付
加的な人為的な画像を形成できる補間が必要とされる。

【００１７】Ｚ方向へのおよび／または寝椅子移動方向
への円環変位の行なえる装置の場合は、データの不一致
が再度著しく見立つようになる。

【００１８】ハードウエア費用：予備処理および畳み込
みの場合に通常の、個々の扇形の処理は互いに独立に
（パイプライン原理、並列化）中断される、何故ならば
人為的な値によるデータ組の補完の目的で、異なる扇形
からの入力データが必要とされるからである。

【００１９】

【発明の解決すべき問題点】本発明の課題は、冒頭に述
べた形式のコンピュータトモグラフを、これが相補的な
補間そのものがなく最小およびサブ最小の円環に対して
良好な結果を供給するように、改善することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明により
次のようにして解決されている：シノグラムを３つの範
囲形式へ設定する： （０）＝欠如 （１）＝単一 （２）＝二重 さらにこれらの範囲の別個の曲線を定式化して、二重の
部分円環糸を特徴づける折曲個所を除去する修正処理を
し、さらに修正された曲線に依存して測定値に対する重
み関数を定式化し、さらに予備処理装置においてデータ
をこれにより重み付けする。次にこれらのデータを次の
処理の目的で各々の任意の標準ＣＴ再生ユニット━代表
的には畳み込み装置および背面投写装置━へ、完全に測
定された測定扇形を対象としているかのように、転送す
る。

【００２１】

【発明の効果】二倍化された部分円環の利点（例えばコ
スト）が維持される。

【００２２】相補的な補間のための相応のハードウエア
ユニットは省略される。

【００２３】算出速度：パイプライン基本構成および個
々の扇形の並列処理の可能性が維持される。

【００２４】相補的な補間の品質を低下させる欠点（デ
ータ不一致、補間エラー等）が低減される。

【００２５】Ｚ幾何学形状（円環変を設けるまたは設け
ない、患者を移動するまたはしない）がその都度の背面
投射のアルゴリズムに影響を与える；予備処理におけ
る、二重化された部分円形成により生ずる問題の解決の
ための部分扇形データの処理は、全部の変化の場合に、
使用される、背面投写の方法に依存することなく、同様
に実施できる。

【００２６】

【実施例】次に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２７】図１において（電子銃）を有するコンピュ
ータトモグラフ（断層撮影装置）が示されている。電子
銃から電子ビームが送出される。電子ビームは部分円環
として構成されている陽極３に到来する。この電子ビー
ム２は、異なる複数個の区間により形成されている真空
管４の中を走行する。この真空管の中には陽極３も設け
られている。電子ビーム２は偏向コイル８により陽極３
へ、ここで焦点が回転するように偏向される。この焦点
から扇形のレントゲンビーム束５が送出される。レント
ゲンビーム５は測定フィールド６を透視する目的で種々
の方向から、相応の焦束運動により陽極３の上を装置の
軸を中心として旋回する。測定フィールドから送出の後
にビーム束は、同じく部分円環として形成されている検
出器７へ到来する。この検出器は複数値の検出器エレメ
ントの列から構成されている。レントゲンビーム束５の
扇形面は図面平面に垂直に走行する。検出器７は陽極３
から位置が多少ずらされている。そのため斜めに走行す
るレントゲンビーム束５は、患者１１を貫通する前に検
出器７を通過することができる。真空管４の中のおよび
電子銃１の中の真空はポンプにより適切に維持される。
測定フィールド６の中へ、患者１１が置かれている寝椅
子が移動可能である。寝椅子１０は測定中に運動できる
（スパイラルＣＴ）。計算器１２が、検出器７の検出器
エレメントの測定値から、患者１１の像を算出する。

【００２８】図８は再生の個々のステップを示す。個々
のブロックは次の回路段を示す： １５ 測定段 １６ データ検出段 １７ コントローラ段 １８ メモリ １９ 予備処理装置 ２０ 畳み込み装置 ２１ 背面投射装置 ２２ 像形成装置 ２３ ホスト・コンピュータ ２４ ＴＶ装置 ２５ メモリ 予備処理装置において通常の様に測定値の種々の重み付
け（目盛較正、正規化、背面投射アルゴリズムによる余
弦・重み付け等）が行なわれる。この場合、重み付けデ
ータは書き込み可能なテーブルから取り出される。部分
円により定められる重み付けはその完全な機能性の点
で、測定値に依存しない他の重みテーブルによる前もっ
ても乗算により最も簡単に実施できる。

【００２９】図９はこのことを余弦重み付けの実施例で
示す。αに依存しない余弦テーブルではなく複数個のテ
ーブルが記憶される。角度αに所属する扇形のデータを
重み付けするためのテーブルＣ（β）は、角度αに依存
して選択されて乗算ユニットへ供給される。α＜α１か
つα＞α２の範囲に対しては即ち補数も存在する測定値
に対する範囲に対しては、このとは、部分円の問題点を
補正するための特別な重みにより前もって乗算された余
弦の重みである。前述の範囲にない時は通常の余弦重み
である。乗算ユニットはこの実施例において１つだけ存
在している。前もって各々のαに対して固有のテーブル
が設けられていると、αおよびα２に関する位置に対す
る決定の質問も省略される。

【００３０】部分円の重み付けを別個の計算ユニットに
おいて実施することもできる。しかし個別化される初期
化ステップにおける各種の重みの混合は、測定のために
並列に進行する、パイプライン方式による再生に関して
の算出時間およびハードウエア費用の点で、最大の利点
をもたらす。

【００３１】機能性に対して重要なことは、部分円補正
のための重みの選択である。１つの適切な設定を実施例
で説明する。大きい定数は除いて重みｇ（α，β）は次
のようにシノグラム（図３）の考察により設定される： ｇ（α，β）＝０、範囲（０）からの（α，β）の場
合。

【００３２】 ｇ（α，β）＝１、範囲（１）からの（α，β）の場
合。

【００３３】ｇ（α＊，β＊）＝１−ｇ（α，β），
（α，β）と（α＊，β＊）が互いに相補的である時。

【００３４】そのためさらに、範囲（２）に対する重み
を、図３から定めれば十分である。目的は、重み関数を
範囲（１）から範囲（０）へなめらかに低下させること
である。数学的に理想化される：ｇ（α，β）がいたる
ところでαとβにより微分可能にすべきである。

【００３５】適切な構成は次の通りである： シノグラム範囲の個別曲線の定式化：α＝ｒ（β）が範
囲（１）と（２）との間の限界を表わすとする。

【００３６】α＝ｓ（β）が範囲（１）と（０）との限
界を即ち図３における左の縁を表わすとする。

【００３７】曲線の修正：曲線ｒとｓは図１０に示され
ている様にそれぞれ折曲個所を有する。これらの折曲個
所は修正により例えば３次元のスプライン関数により除
去される。この修正された曲線は、ｒｍおよびｓｍで示
されている。図１１に曲線ｒとｒｍとの間の範囲が細線
で示されている。この範囲のデータは１で重み付けされ
ており、ｓとｓｍとの間のデータは０で重み付けされて
いる、即ち ｇ（α，β）＝１，ｒｍ（β）＜α＜ｒ（β）の場合。

【００３８】 ｇ（α，β）＝０，ｓ（β）＜α＜ｓｍ（β）の場合。

【００３９】さらにデータの無い範囲の定義： Ｘ（α，β）＝（α−ｓｍ（β）／（ｒｍ（β）−ｓｍ
（β））と定めて、ｇ（α，β）＝Ｇ（Ｘ）とおく、こ
の場合、Ｇは例えば次の変数による適切ななめらかな関
数である Ｇ（Ｘ）＝ｓｉｎ²（π＊／２）。

【００４０】予備処理装置において通常の様に測定値の
種々の重み付け（目盛較正、正規化、背面投射アルゴリ
ズムによる余弦・重み付け等）が行なわれる。この場
合、重み付けデータは書き込み可能なテーブルから取り
出される。部分円により定められる重み付けはその完全
な機能性の点で、測定値に依存しない他の重み付けテー
ブルにより前もっての乗算により最も簡単に実施でき
る。

【００４１】良好な測定結果を得るためには、個別の曲
線のなめらかさが重要である。提案された、折曲個所の
除去のための修正は、物理的には複数個の測定値の使用
の放きに相応する、何故ならばこれらの測定値はゼロに
より重み付けされているからである。もちろん理論的な
代替構成として、データ検出ユニットをハードウエアの
点で、図１１において破線で示した範囲に相応する測定
値は全く検出されない様に即ち放きするように、変形す
ることができる。そのためシノグラムにおける個別の曲
線として最初からなめらかな曲線ｒｍとｓｍが形成され
ることになる。予備処理以後の値は、曲線修正に応じ
て、実施例において説明した重み付けによるそれと同一
である。

【００４２】前述の方法は超小型の装置設計に対しても
適用される。部分円環設計とは図１２に示されたもので
ある。この場合、斜線の範囲（いわゆるボトムチョッ
プ）はもはや障害なく再生できるが、例えば患者寝椅子
の下の目標とされない範囲が対象とされる時は、それが
無視できる。シノグラム分割は図１３および図１４のよ
うに変化する。この場合、図１３はボトムチョップを有
しない技術に関連し、図１４はボトムチョップを有する
技術に関連する。

【００４３】別の理由により測定データの重み付けが既
に設けられている時は、部分円環から生ずる問題がこの
重みの修正により解決できる。部分円環問題の補正のた
めに測定データの一部だけを、一定の重み０または１を
得るとは思われるデータを変化させずに処理することに
より、別個の処理を行なわせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置の実施例を示す。

【図２】部分円環により検出される扇形である。

【図３】部分円環により検出される扇形である。

【図４】測定ビームＡＢのための角度である。

【図５】相補的な測定ビームＡ′Ｂ′を示す図である。

【図６】最小の幾何学寸法である。

【図７】測定ビームの分類である。

【図８】本発明によるコンピュータトモグラフ（断層撮
影装置）のブロック図である。

【図９】本発明の動作の説明図である。

【図１０】本発明の動作を説明する曲線図である。

【図１１】本発明の動作を説明する曲線図である。

【図１２】図２の変形実施例の図面である。

【図１３】図１２を説明するためのグラフである。

【図１４】図１２を説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１ 電子銃、 ２ 電子ビーム、 ３ 陽極、 ４ 真
空管、 ５ レントゲンビーム束、 ６ 測定磁界、
７ 検出器、 ８ 偏向コイル、 １０ 寝椅子、 １
１ 患者 、１２ 計算器、 １５ 測定装置、 １６
データ検査装置、 １７ コントローラ、 １８ メ
モリ、 １９ 予備処理装置、 ２０畳み込み装置、
２１ 背面投射装置、 ２２ 像形成装置、 ２３ ホ
スト・コンピュータ、 ２４ ＴＶ装置、 ２５ メモ
リ

フロントページの続き (72)発明者 エルンスト ペーター リュールンショプ フ ドイツ連邦共和国 エアランゲン アム オイローパカナール 40 (72)発明者 ヨハネス エバースベルガー ドイツ連邦共和国 エアランゲン レーヴ ェニヒシュトラーセ 17

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定フィールド（６）を部分的に囲む、
   部分円環として形成されたレントゲンビーム源を備え、
   レントゲンビーム（５）が測定フィールド（６）を異な
   る方向から透視するために発生されるように、該レント
   ゲンビーム源上で焦点が回転し、レントゲンビームは測
   定フィールド（６）から出た後に、同様に部分円環とし
   て形成された、複数個の検出器エレメントの列から構成
   されている検出器（７）へ照射し、該エレメントの測定
   値から計算器（１２）により測定フィールド（６）の中
   の検査対象（１１）の像を算出し、検出器のデータ組
   を、測定値に依存することなく後続の画像再生が標準Ｃ
   Ｔ法により行なえるように重み付けし、このことは、実
   施される重み付けを次のように選定したことにより、即
   ちシノグラムにおいて範囲の境界が一定の重みによりな
   めらかな曲線を形成するように選定したことにより達成
   されることを特徴とする、測定フィールドを部分的に囲
   み部分円環として形成されたレントゲンビーム源を有す
   るコンピュータ断層撮影装置。
2. 【請求項２】 既に測定データの重み付けが別の理由か
   らなされており、さらに２重の部分円環構成から生ずる
   問題点がこの重みの修正により解決される請求項１記載
   のコンピュータ断層撮影装置。
3. 【請求項３】 測定データの部分円環の問題点の補正の
   ために一定の重み０または１を得ると思われるデータは
   不変のまま処理することにより、測定データの一部だけ
   が別個の処理を受けるようにした請求項１又は２記載の
   コンピュータ断層撮影装置。