JPH05237090A

JPH05237090A - 断層イメージングに於けるオーバレンジ画像アーチファクトの低減方式

Info

Publication number: JPH05237090A
Application number: JP4313873A
Authority: JP
Inventors: Jiang Hsieh; ジャン・シー; William K Braymer; ウィリアム・ケイス・ブレイマー; Kevin F King; ケビン・フランクリン・キング; Patrick D Kosinski; パトリック・ダニエル・コシンスキー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1992-11-25
Publication date: 1993-09-17
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: EP0544507A2; JPH0798041B2; US5165100A; EP0544507A3

Abstract

(57)【要約】【目的】断層撮影スキャンで収集されたデータのオー
バレンジまたはクリッピングによって生じた画像アーチ
ファクトを低減する。【構成】各投影のインレンジデータに幾何学的モデル
を合わせ、幾何学的モデルは、投影のデータのすべてを
加算して総スライス体積の値を求めることにより、イン
レンジデータの大きさに合わせられる。この幾何学的モ
デルを使用してインレンジデータの最後の点からオーバ
レンジデータの傾斜を計算し、オーバレンジデータの代
わりにこの外挿されたデータを使用する。どのデータが
インレンジで、どのデータがオーバレンジであるかを示
すオーバレンジマスクを、ボックスカー重畳積分核と重
畳積分することにより、台形補正マスクを発生する。こ
れはパイプライン形式で実行する。補正マスクに未補正
の投影データを乗算することにより、そのクリップされ
る部分に対する適当な傾斜が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線コンピュータ断層撮
影のような断層イメージングシステムに関するものであ
る。更に詳しくは、本発明はこのようなイメージングシ
ステムによって取得されたオーバレンジ（ｏｖｅｒ−ｒ
ａｎｇｅ）または「クリップされた」信号によって生じ
る画像アーチファクトを減らすための方式に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ここで考える断層イメージングシステム
は人体のような対象の断層画像すなわち「スライス」画
像を作成するイメージングシステムである。このような
断層撮影システムは身体のまわりの種々の角度で一連の
「投影（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）」を収集する。各投影
は身体から放出される放射線の測定値から構成される。
放射線は例えばＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ−ｃｏ
ｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）に於けるＸ線管
のような外部放射線源から身体を透過させる放射線、あ
るいは放射線は単一光子放出形コンピュータ断層撮影
（ＳＰＥＣＴ−ＳｉｎｇｌｅＰｈｏｔｏｎＥｍｉｓ
ｓｉｏｎＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）
で使用される身体の内部に入れられる放射性医薬同位
体、たとえば、Ｔｃ99から放出される放射線である。

【０００３】Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線源がコリメーショ
ンされることにより、デカルト座標系のｘ−ｙ平面内に
平面状のＸ線ビームが形成される。ビームはイメージン
グ対象の身体を透過し、これをやはりｘ−ｙ平面内にあ
るほぼ直線状の検出アレーが受ける。検出アレーは複数
の互いに隣接した検出素子で構成される。各検出素子は
Ｘ線源の焦点からその検出素子に至る単一の「射線（ｒ
ａｙ）」に沿った放射線を受ける。各検出素子はイメー
ジング対象の身体によるその射線に沿ったＸ線ビームの
減衰を示す信号を作成する。検出素子群、各検出素子か
らの信号、および扇状ビームの射線はすべて一般に投影
の「チャネル」と呼ばれる。特定の言及は前後関係から
明らかとなる。

【０００４】一般的な一実施例では、平面状のＸ線ビー
ムは焦点から放射される「扇状ビーム」であり、検出ア
レーの素子は焦点のまわりの一定半径の円弧状に配列さ
れている。Ｘ線源および検出アレーはイメージング対象
を中心としてガントリ上で回転させることができるの
で、扇状ビームは異なる角度でイメージング対象と交差
する。

【０００５】異なるガントリ角度で多数の投影が取得さ
れることにより、断層撮影投影セットが形成される。取
得された断層撮影セットは通常、数値形式で記憶され、
これを数学的手法により「再構成する」ことにより、ス
ライス画像を作ることができる。再構成された画像は通
常のＣＲＴ管にディスプレイしてもよいし、あるいはコ
ンピュータで制御されるカメラによりフィルム録画に変
換してもよい。

【０００６】Ｘ線ＣＴの当然の進展により、より高出力
のＸ線源が開発されてきた。このようなＸ線源は増大し
たＸ線フラックス（ｆｌｕｘ）を生じる。これは二つの
理由で望ましい。第一に、フラックスが増大すると、た
とえば雑音の影響を最小にすることにより、結果として
得られる画像の信号対雑音比が改善される。第二に、フ
ラックスが増大すると、短縮されたスキャン時間の間に
投影セットを取得することができる。スキャン時間が短
縮されることにより、患者の快適さが増し、患者の動き
によって生じる画像アーチファクトを最小限にする助け
となる。

【０００７】Ｘ線ＣＴシステムで使用するＸ線出力を大
きくすると、システムの検出信号連鎖の負担が過大とな
る危険性が生じる。特に、ＣＴシステムのデータ取得シ
ステム（ＤＡＳ：ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ）と結合されたアナログ−ディジタル変換
器（ＡＤＣ：ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌｃｏ
ｎｖｅｒｔｅｒ）がその範囲を超えて駆動されることが
ある。このようなオーバレンジ（ｏｖｅｒ−ｒａｎｇ
ｅ）状態により、オーバレンジチャネルからの信号が人
為的にＡＤＣの最大値に制限され、これらのチャネルの
データが事実上失われる。

【０００８】ＣＴシステムによってスキャンされる患者
の場合、オーバレンジチャネルは通常、扇状ビームの周
辺部にある射線、たとえば、患者の外側へりに近い射線
を受けるチャネルである。患者のこれらの領域は診断
上、重要性が低いかも知れないが、どのチャネルからの
データのエラーによっても再構成された画像全体にアー
チファクトが生じる。局部的に誤った投影データの影響
のこの広がりは画像再構成プロセスに内在する周波数領
域フィルタリングによって生じる。このようなフィルタ
リングは誤ったデータの影響を画像上に広げる。

【０００９】オーバレンジチャネルの問題は、イメージ
ング対象が扇状ビームおよび検出範囲の外側に伸びたと
き投影の打切り（トランケーション）によって生じる問
題に類似している。このような打切りはたとえば、いく
つかの投影に対しては患者の腕が扇状ビームの外側にあ
り、他の投影に対しては扇状ビーム内にあるときに生じ
得る。

【００１０】ここに引用する米国特許第４，５５０，３
７１号では、すべての投影のモーメントを計算すること
により打切られた投影を補正するための手段が提供され
ている。都合の悪いことに、この方法は大多数の投影は
打ち切られないという仮定に頼っている。一般に、この
仮定はオーバレンジチャネルを有する投影に対しては成
立しない。

【００１１】オーバレンジチャネルの影響を補正するた
めに提案された一つの方法では、オーバレンジチャネル
と結合された射線に沿ってイメージング対象の厚さを独
立に測定し、そしてそれらの射線に沿ったイメージング
対象の密度が一定であるという仮定に基づいて減衰値を
もってそれらの射線に替える。この手法は若干の成功を
収めたが、身体の厚さを独立に測定しなければならない
ので、厄介であり、商業上実際的でない。

【００１２】理想的には、どのような補正システムも充
分に速く動作させることにより、投影セットからの断層
撮影画像の作成が著しく遅延しないようにしなければな
らない。補正システムは投影を取得しているときに補正
開始ができ、アレープロセツサ等での並列処理が可能で
あることが好ましい。このようなプロセッサは断層撮影
画像の再構成のために普通に使用されるものである。

【００１３】

【発明の概要】本発明は、投影のオーバレンジチャネル
によって生じる画像アーチファクトを減らすための装置
であって、入力としてその投影のデータだけを必要と
し、並列処理と両立する技術を用いる装置を提供する。
詳しく述べると、あるオーバレンジチャネルを含む投影
データをしきい値検出器が受け、このしきい値検出器は
チャネルがインレンジ（ｉｎ−ｒａｎｇｅ）かオーバレ
ンジかを識別する。この判定はチャネルデータをＡＤＣ
最大値に対して評価してオーバレンジマスクを作成する
ことにより行うことができる。

【００１４】推定器は識別されたチャネルデータをしき
い値検出器から受けて、同じ投影セットのインレンジチ
ャネルのデータに基づくオーバレンジチャネルに対する
代替値を推定する。次に、コンバイナ（ｃｏｍｂｉｎｅ
ｒ）が投影セットの再構成に先立って代替のオーバレン
ジチャネルのデータをインレンジチャネルのデータと組
み合わせる。

【００１５】本発明の一つの目的はオーバレンジチャネ
ルの無い投影の存在に依存しないオーバレンジ補正回路
を提供することである。補正回路は同じ投影のインレン
ジチャネルのデータからオーバレンジチャネルのデータ
を推定するので、他の投影がオーバレンジチャネルのデ
ータを含むか否かは問題でない。しきい値検出器は各チ
ャネルの強度値をＡＤＣの最大値と比較し、その最大値
にほぼ等しい値を有するチャネルをオーバレンジと識別
する簡単な比較器とすることができる。。推定器はイメ
ージング対象の大きさを推定するためにすべてのインレ
ンジチャネルのデータを一緒に加算するための加算器、
およびその大きさの推定に適合するイメージング対象の
モデルに基づく、オーバレンジチャネルのデータの変化
速度を推定するための傾斜計算器とすることができる。

【００１６】したがって、本発明の更にもう一つの目的
はイメージング対象の独立な測定値を必要としない、オ
ーバレンジチャネルのデータを推定する簡単で頑丈な方
法を提供することである。補正のため必要とされる対象
の測定値はイメージング対象のモデルによって与えられ
る。コンバイナには、どのチャネルがオーバレンジで、
どのチャネルがインレンジであるかを示す２進オーバレ
ンジマスクを発生するためのマスク発生器を含めること
ができる。ボックスカー発生器を使用して、マスク発生
器信号と重畳すべき重畳積分核（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏ
ｎｋｅｒｎｅｌ）を作成することにより、補正マスク
を作成することができる。投影データに補正マスクを乗
算することにより、代替のオーバレンジチャネルのデー
タを発生し、同時にその代替チャネルのデータをインレ
ンジチャネルのデータと組合わすことができる。補正マ
スクは重畳積分されたオーバレンジマスク、および半分
より小さい値にクリップされた後に２を乗算された核と
することができる。

【００１７】したがって、本発明のもう一つの目的はア
レープロセッサ等で並列に構成するのに適した補正回路
を提供することである。重畳積分、乗算、クリッピン
グ、およびスケーリングの操作は、このようなプロセッ
サの要求に応じて、すべて容易に並列に遂行される。本
発明の上記および他の目的および利点は以下の説明から
明らかとなる。説明では付図を参照するが、付図は本発
明の一実施例を図示している。しかし、このような実施
例は必ずしも本発明の全範囲を表すものではないので、
本発明の範囲の解釈に当たっては請求範囲を参照しなけ
ればならない。

【００１８】

【実施例の記載】

ＣＴシステムのハードウェア図１および２に示すように、「第三世代」のＣＴスキャ
ナで使用されるものを表すＣＴガントリ１６によりＸ線
源１０が保持される。Ｘ線源１０はＸ線の扇状ビーム２
４を作成する。扇状ビーム２４はガントリ１６の中心１
９の近くに配置されたイメージング対象１２を通って検
出アレー１８で受けられるような向きになっている。検
出アレー１８もガントリ１６に取り付けられている。ガ
ントリ１６はイメージング平面と呼ばれるデカルト座標
系のｘ−ｙ平面内で回転する。このイメージング平面は
扇状ビーム２４の平面とほぼ同じ平面である。

【００１９】検出アレー１８は扇状ビーム２４の輪郭を
なすようにイメージング平面内に互いに隣接して配置さ
れた多数の検出素子または「チャネル」２６で構成され
る。チャネル２６はＸ線源１０から到来する放射線を受
けて検出することにより、複数のチャネル信号を作成す
る。各チャネル信号は特定のチャネル２６に対応してい
る。イメージング対象１２のまわりのガントリ１６の与
えられた方位で、約８００チャネルに対する信号を取得
することができる。この信号は、その角度に於けるイメ
ージング対象１２による扇状ビーム２４の減衰の線積分
の詳細な画像を表す。

【００２０】扇状ビーム２４のＸ線は、Ｘ線源１０を出
た直後で検出アレー１８が受ける前に、スペクトルフィ
ルタ３０によってフィルタリングされる。スペクトルフ
ィルタ３０は扇状ビーム２４から低エネルギーのＸ線を
フィルタリングして除去する。次に、扇状ビーム２４は
蝶ネクタイ形フィルタ３２を通過する。蝶ネクタイ形フ
ィルタ３２は、ガントリ１６の中心１９に配置された円
筒形の水によって生じる扇状ビーム２４の減衰を補足す
るような扇状ビーム２４の減衰を生じる外形になってい
る。蝶ネクタイ形フィルタ３２の目的は代表的なイメー
ジング対象１２に対して検出チャネル２６が受ける強度
値の範囲を小さくすることにより、検出アレー１８およ
びそれに関連する回路の感度の上昇を可能にすることで
ある。しかし、このように感度を上昇させると、イメー
ジング対象１２が水筒モデルと著しく異なるときチャネ
ルがオーバレンジとなる可能性も増大する。

【００２１】蝶ネクタイ形フィルタ３２の後には、扇状
ビーム２４を形成するアパーチャ３４が設けられてい
る。ここに引用されている米国特許第５，０５４，０４
１号に大体述べられているように、アパーチャ３４を使
って検出アレー１８の表面に対して扇状ビーム２４の位
置を補正することができる。与えられたイメージング対
象１２に対して、チャネル２６は３群、すなわち、基
準、オーバレンジ、およびインレンジに大別することが
できる。検出アレー１８の基準チャネル２０はイメージ
ング対象１２によってさえぎられないように意図された
チャネルである。基準チャネル２０はＸ線源１０からの
Ｘ線フラックスの変動に対して投影データを補正する機
能を果たし、更に検出アレー１８上で扇状ビーム２４の
自動アライメントを行う。検出アレー１８のオーバレン
ジチャネル２１は、事によるとイメージング対象１２に
よってさえぎられるが、一般に減衰が非常に小さいＸ線
を受けるので、これらのチャネルの信号をディジタル化
するために使用されるＡＤＣがオーバレンジとなるよう
な、与えられた投影内のチャネルである。このオーバレ
ンジについては、後で更に説明する。最後に、検出アレ
ー１８のインレンジチャネル２２は扇状ビーム２４の近
くにあることが多いが、必ずしも扇状ビーム２４の近く
にあるとは限らない。検出アレー１８のインレンジチャ
ネル２２は、イメージング対象１２または蝶ネクタイ形
フィルタ３２によって充分に減衰されるので、これらの
チャネルからの信号をディジタル化するために使用され
るＡＤＣをオーバレンジさせないような、与えられた投
影内のチャネルである。

【００２２】一般に、いくつかのオーバレンジチャネル
２１は扇状ビーム全体に比べて小さく張っている凸状の
イメージング対象１２から得られるほぼすべての投影に
対して存在する。図３に示すように、本発明で使用する
のに適したＣＴイメージングシステムのための制御回路
には、多数の機能ブロック４８が含まれている。当業者
がほぼ理解しているようなデータ取得システム６２が検
出アレー１８に接続されている。データ取得システム６
２には一般に、各チャネル２６からの信号をサンプリン
グするためのサンプリング手段（図示しない）が含まれ
ている。アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）（図示
しない）がサンプリングされる各チャネル２６からのア
ナログ信号をディジタル値に変換して、後の回路で処理
できるようにする。ＡＤＣのレンジは有限である。そし
て一般に、正しくディジタル化できる、各チャネル２６
からの強度信号のレンジと、ディジタル化プロセスの分
解能との間のかね合いを設定しなければならない。両方
の考慮が重要であり、考え出されたかね合いにより必然
的に、ＡＤＣのレンジを超えるある状況が生じ得る。オ
ーバレンジの場合には、チャネル２６からの信号がＡＤ
Ｃの最大値に比べてどれだけ大きいかにかかわらず、Ａ
ＤＣは単にその最大値を出力する。

【００２３】Ｘ線制御器５４は投影を取得するためガン
トリ１６の位置に対してＸ線源１０に電力およびタイミ
ング信号を供給する。ガントリ電動機制御器５６はガン
トリ１６の回転速度および位置を制御し、そしてＤＡＳ
６２およびＸ線制御器５４に情報を供給することにより
投影の正確なタイミングが行えるようにする。画像再構
成器６８は大量の投影データから画像を作成するために
必要とされるような非常に速い並列処理すなわち「パイ
プライン処理」を行うことができる、アレープロセッサ
のような専用コンピュータである。画像再構成器６８と
して使用するのに適したアレープロセッサは種々の会社
から市販されている。画像再構成器６８はＤＡＳ６２を
介して検出アレー１８のチャネル２６から、サンプリン
グされ、ディジタル化された信号を受けることにより、
当業者に知られている方法に従って高速画像再構成を行
う。

【００２４】コンピュータ６０はＤＡＳ６２、Ｘ線制御
器５４、およびガントリ電動機制御器５６の動作を調整
することにより、スキャンプロセスによって取得された
投影セットから断層撮影画像を再構成する。コンピュー
タ６０は操作卓６４を介して指令およびスキャンパラメ
ータを受ける。操作卓６４は一般にＣＲＴディスプレイ
およびキーボードであり、これにより操作者はスキャン
に対するパラメータを入力し、再構成されたスライス画
像およびコンピュータ６０からの他の情報をディスプレ
イすることができる。大容量記憶装置６６はＣＴイメー
ジングシステムに対するオペレーティングプログラム、
および操作者が後で参照するための画像データを記憶す
るための手段を提供する。

【００２５】上記の各要素はスリップリング５０を介し
てガントリ１６上の関連要素に接続されているので、ガ
ントリ１６を連続的に回転することができる。補正プロセスの動作次に、図５（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。ガ
ントリ１６の与えられた位置に対して、ＤＡＳ６２は検
出アレー１８の各チャネル２６からの信号で構成される
なまの投影（ｒａｗｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）３６を生
じる。このなまの投影３６はインレンジチャネル２２に
対応するインレンジ部分２２’およびオーバレンジチャ
ネル２１に対応するオーバレンジ部分２１’をそなえて
いる。上述の通り、オーバレンジ部分２１’はＡＤＣ最
大値３９に制限すなわちクリップされ、クリップされた
データ３８が得られる。

【００２６】ここで図５（ａ）を参照して説明する。こ
の例では、インレンジ部分２２’はイメージング対象１
２と蝶ネクタイ形フィルタ３２の両方の中央部を大体通
過するＸ線に対応する。オーバレンジ部分２１’はイメ
ージング対象１２のへりだけ、したがってイメージング
対象１２の比較的薄いところ、および蝶ネクタイ形フィ
ルタ３２のへりだけと交差するＸ線に対応する。オーバ
レンジ部分２１’のＸ線の蝶ネクタイ形フィルタ３２の
増大する減衰により、最後に検出アレー１８の一番端の
チャネル２６に対して、なま投影信号３２がインレンジ
に戻る。しかし、扇状ビーム２４のＸ線が最初に減衰無
しにイメージング対象１２の両側を通過する点で、蝶ネ
クタイ形フィルタ３２の厚さが不充分なためにオーバレ
ンジ部分２１’でのなま投影信号３６のクリッピングを
防止できないことが多い。

【００２７】図示した状況以外の状況で、オーバレンジ
部分２１’が検出アレー１８の中央部の近くになり得る
ことが理解される筈である。たとえば、イメージング対
象１２が等角点（ｉｓｏｃｅｎｔｅｒ）１９のまわりに
大幅に置き換えられた場合である。したがって、インレ
ンジ部分２２’およびオーバレンジ部分２１’の位置は
一般に相互に、また検出アレー１８に対して変化するこ
とがある。

【００２８】次に図５（ｄ）に示すように、なま投影３
６のクリップされたデータ３８はＡＤＣ最大値３９に等
しいなま投影３６の部分として容易に識別される。した
がって、なま投影３６をＡＤＣ最大値３９と比較し、Ａ
ＤＣ最大値３９にほぼ等しいなま投影信号３６の点に対
してはオーバレンジマスク値を”０”に設定し、他のす
べての点に対してはオーバレンジマスク値を”１”に設
定することにより、オーバレンジマスク４０を簡単に発
生することができる。

【００２９】次に図４に示すように、このしきい値動作
はプロセスブロック４２で表される。プロセスブロック
４２は画像再構成器６８のアレープロセッサで実現する
ことができる。図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）の
なま投影３６が次に、プロセスブロック８２で示される
空気補正ステップで、蝶ネクタイ形フィルタ３２の影響
および検出アレー１８内のチャネル間の利得変動に対し
て調整され、補正されたデータ９２が得られる。プロセ
スブロック８２の補正は単に、なま投影データ３６に、
蝶ネクタイ形フィルタ３２の減衰および検出アレー１８
内のチャネル間の利得変動の補足を表す逆関数を点毎に
乗算することである。これにより、補正されたデータ９
２から蝶ネクタイ形フィルタ３２の寄与が除去される。
当業者に理解されるように、この補正８２の後に、ビー
ム硬化補正等のような他の較正ステップを設けてもよ
い。

【００３０】次に、補正されたデータは、その対数の負
数を求めることにより対数調整され、密度プロフィール
４４が得られる。この場合の密度は、単位体積当たりの
質量を指すのではなくて、単に特定のチャネル２６に対
応するＸ線ビームに沿ったイメージング対象１２の減衰
物質の総量を指す。対数補正が必要である理由は、媒質
によるＸ線（または任意の放射線）の減衰は次式で示す
ようにほぼ指数関数的であるからである。

【００３１】

【数１】

【００３２】但し、Ｉ₀はμ（ｘ，ｙ）としてｘ−ｙ平
面の上に与えられた減衰係数μをそなえたイメージング
対象を通過する前のＸ線の強度である。ｌはＸ線経路に
沿った距離である。そしてＩはイメージング対象による
減衰後のＸ線強度である。負数動作は単に、強度の低下
は密度の増大を表すという事実の反映である。この補正
プロセスは図４ではプロセスブロック４７で表されてい
る。

【００３３】次に図５（ｃ）に示すように密度プロフィ
ール４４には、図５（ｂ）のオーバレンジ部分２１’の
なま投影データに対応する、領域４６内の誤ったデータ
が含まれている。正しいデータは密度プロフィール４４
の中央のクリップされていないデータの側面に位置する
破線４８で示されている。、後者のクリップされていな
いデータは図５（ｂ）のインレンジ部分２２’のなま投
影データに対応している。

【００３４】密度プロフィール４４のクリップされたチ
ャネル４６は密度プロフィール４４のへりにあるが、そ
れらは後述する画像再構成プロセス内の密度プロフィー
ル４４の重畳積分の結果として、再構成された画像中に
アーチファクトを生じる。重畳積分には、密度プロフィ
ール４４内のデータの各チャネルの寄与および影響を再
構成された画像全体に広げる効果がある。したがって、
画像再構成の前に、クリップされたチャネル４６の周辺
領域さえも補正する必要がある。

【００３５】本発明では、前または後の投影を参照する
ことなく、そしてイメージング対象１２の外部測定値な
しに、クリップされたチャネル４６が補正される。これ
はイメージング対象の簡略化されたモデルを用い、その
モデルをその投影に対するインレンジチャネルに合わせ
ることにより行われる。モデルの使用はクリップされた
データ４６の領域の開始時に投影のデータの傾斜がイメ
ージング対象１２の大きさに正比例する。この関係は次
の説明で示される。この説明ではわかりやすくするた
め、扇状ビーム２４のＸ線は扇状ビーム形ではなくて平
行であるものとしている。この説明の扇状ビームの場合
への拡張は、通常程度の当業者には理解される単なる幾
何学的変換である。イメージング対象１２は簡略化され
た幾何学的な立体であり、半径がＲで、一様な減衰係数
μの円筒とすることが好ましい。これらの必要条件は後
で緩和される。

【００３６】その円筒の密度プロフィールは次式で記述
される。

【００３７】

【数２】

【００３８】項２（Ｒ²−ｘ²）^1/2は単に、ｘ座標の
関数として半径Ｒの円筒を通る弦に沿った経路長であ
る。ｘ座標は検出アレー１８の中心をｘ＝０の値として
検出アレー１８に沿って測定される。平行な場合、検出
アレー１８は曲線状でなく、平らになる。この円筒の場
合、密度プロフィール４４内のチャネルのオーバレンジ
は経路長が所定の値Ｃより小さいチャネルに対して生じ
る。Ｃの値は、円筒の物質の減衰係数μ、フィルタ３０
と蝶ネクタイ形フィルタ３２を通過した後のＸ線源１０
の強度、およびＡＤＣ最大値３９によって決まる。式
（１）の導関数を求め、これをＣで評価することによ
り、オーバレンジが始まるところでの傾斜５８が次のよ
うに得られる。

【００３９】

【数３】

【００４０】但し、μは円筒の物質の減衰係数である。
殆どの臨床状況に対してＣはＲよりずっと小さくなるの
で、式（２）は次式のように簡略化できる。

【００４１】

【数４】

【００４２】式（３）はイメージング対象１２の半径Ｒ
とオーバレンジが始まるクリップされたチャネル４６
（すべて図５（ｃ）に示されている）の開始点５２にお
ける密度プロフィール４４の傾斜５８との間に線形関係
が存在することを示す。この直線性により、クリップさ
れたチャネル４６のデータの推定は非常に簡単になる
が、上記のように行われた計算の複雑さが許容されれば
イメージング対象１２の円筒形の形状の代わりに他の幾
何学的形状を使ってもよい。何より重要なことは、イメ
ージング対象１２のレンジに対して傾斜がＲの関数とな
り、また後で説明するように単一の投影のデータからＲ
を推定できるということを式（３）が示唆しているとい
うことである。

【００４３】このように領域４６のクリップされたデー
タの傾斜５８が半径Ｒの値に対して関数依存の関係にあ
ることを利用するために、Ｒを推定しなければならな
い。Ｒのこの推定値は次のように求められる。すなわ
ち、仮定された平行な幾何学的形状の場合、イメージン
グ平面内のイメージング対象１２の各体積要素の減衰が
μ（ｘ，ｙ）で表されれば、与えられたガントリ角度θ
での投影は次式で表すことができる。

【００４４】

【数５】

【００４５】但し、δはデルタ関数であり、ガントリ角
度θでの投影のμ（ｘ，ｙ）を介して線積分を発生する
表記法的に都合の好い方法を提供する。ｔは射線経路に
垂直な線に沿った、等心１９からの投影の各射線の距離
に関連付けられたｘおよびｙの関数である。値ｔは検出
アレー１８内のチャネル２６の位置にほぼ対応する。実
際上、密度プロフィール４４の各値を一緒に加算するこ
とによって行われるように、変数ｔに対して上記の式
（４）を積分すれば、次式が得られる。

【００４６】

【数６】

【００４７】式（５）はもはやθの関数ではない。この
ことは、密度プロフィール４４内のすべてのデータの和
がイメージング対象の減衰係数μだけに依存し、本質的
にガントリ角度に依存しないので、取得される特定の投
影に依存しないということを示す。これは扇状ビームの
幾何学的形状には当てはまらないが、扇状ビームの場合
のこの積分の変動は小さいので、式（５）の積分は扇状
ビームの場合でも投影毎に変わらないと考えられ得るこ
とがわかった。

【００４８】式（５）に示される総減衰を使用して値Ｒ
を推定することができる。円筒形のイメージング対象の
場合、その関係は次式で与えられる。

【００４９】

【数７】

【００５０】しかし実施例では、傾斜５８は関数的にＭ
の値に関係しているということだけを仮定すればよく、
正確な関数は経験的に決められる。実験の示すところに
よれば、関心のある領域では傾斜５８とＭとの間の関係
はほぼ線形であるので、この関係を規定するためには簡
単な比例定数で充分であり、このような定数は実際の患
者の測定から得られる。実際上、患者の胴の画像と比べ
て患者の頭部の画像では異なる比例定数が使用される。

【００５１】図４では、Ｍを決めるためのこの加算はプ
ロセスブロック７４で示されている。式（３）および
（６）の傾斜計算は図４のプロセスブロック７２で表さ
れる。再び図５（ｃ）を参照して説明する。クリップさ
れたチャネル４６の開始点５２に対する密度プロフィー
ル４４を探索するだけで、領域４６での密度プロフィー
ル４４のデータを傾斜計算器７２が生じる傾斜５８の値
に合わせることができる。これらの開始点５２から前方
および後方に進んだとき、開始点５２の密度は計算され
た傾斜５８に従って次第に小さくなって、クリップされ
たチャネル４６に対する新しい密度値が発生する。

【００５２】しかし、この補正プロセスは画像再構成器
６８内のアレープロセッサのパイプライン機能と両立す
る方法を用いることが好ましい。詳しく述べると、図４
に示されているような傾斜計算器７２は「ボックスカー
（ｂｏｘｃａｒ）」核７５を作成する。ボックスカー
核７５はτ＝２／（傾斜）となるように選定された幅τ
のパルスに対して値が１である２進信号である。

【００５３】ボックスカー核７５とオーバレンジマスク
４０が重畳積分器７６によって重畳積分されることによ
り、やはり図５（ｅ）に示される台形信号８８が作られ
る。この台形信号８８はクリップされたチャネル４６の
データを傾斜計算器７２により識別された傾斜５８に合
わせて補正するために必要とされる付加的な傾斜Ｓの半
分を有する。詳しく述べると、台形信号８８は密度プロ
フィール４４のインレンジチャネルのいくつかに対応す
る１のピーク値、および密度プロフィール４４のクリッ
プされたチャネルのいくつかに対応する傾斜計算器７２
によって計算されるようなＳの半分の傾斜を有する。

【００５４】次に、台形信号は半分より小さい値にクリ
ップされ、このクリップされた信号に２を乗算する。こ
れにより、やはり図５（ｆ）に示されている補正マスク
７８が作成され、これは密度プロフィール４４のインレ
ンジチャネルのすべてに対して１の値となり、オーバレ
ンジチャネルに対して傾斜がＳに等しくなる。クリッピ
ングおよびスケーリングはプロセスブロック９４で示さ
れる。

【００５５】次に図４の乗算器８０で示されるように、
補正マスク７８に密度プロフィール４４が乗算される。
これにより、図５（ｃ）に示されているクリップされた
チャネル４６内の密度プロフィールのデータが補正され
て、真の密度プロフィール４８をより正確に近似する所
望の傾斜５８が得られる。次に、通常程度の当業者には
よく理解されている再構成方法に従って、多数のガント
リ角度に対する多数の投影９２が再構成される。このよ
うなアルゴリズムの一つが「フィルタ逆投影」（ｆｉｌ
ｔｅｒｅｄｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）であ
り、投影９２のフィルタリングが行われる。これはフィ
ルタのディジタル化された伝達関数に投影９２のフーリ
エ変換を乗算することにより実現される。このフィルタ
リングはフーリエ変換前の投影９２とフィルタのスペク
トル特性の逆フーリエ変換との重畳積分と等価であるこ
と、そしてこのような重畳積分により投影９２内のエラ
ーが事実上、画像全体に広がることがわかる。上記した
ように、イメージング対象１２の周囲の投影９２のエラ
ーで生じる画像アーチファクトにより、画像全体に広が
る画像アーチファクトが生じることがある。

【００５６】プロセスブロック８４で示される再構成の
後、プロセスブロック８６で示されるようにスライス画
像が得られる。画像再構成器６８が遂行する動作を表
す、図４の破線６８で囲まれた動作はすべてパイプライ
ン処理に適していることがわかる。パイプライン形式で
特定のステップを実行するための必要条件は単に、投影
の順次的なチャネルの入力データに対して分類されない
順序で動作を加えることができ、以前に調べたチャネル
データを探索したり、飛び越したりする必要がないとい
うことである。ブロック４２のしきい値プロセスでは各
チャネルの情報をＡＤＣ最大値３９と比較しさえすれば
よいので、しきい値プロセスはパイプライン形式とする
ことができる。同じことはプロセスブロック７４の加
算、プロセスブロック７６の重畳積分、およびプロセス
ブロック８０の乗算についても当てはまる。プロセスブ
ロック９４のクリッピングおよびスケーリングも同様で
ある。計算された傾斜５８を用いる補正プロセスの特定
の構成はこのように、画像の再構成を行って投影データ
を形成するための上記のようなプロセッサを通常そなえ
る断層イメージングシステムでの使用に充分適してい
る。

【００５７】本発明の趣旨と範囲の中にとどまる実施例
の多数の変形および変更を通常程度の当業者は考えつく
ことができる。たとえば、図４のステップ７６の重畳積
分で使用されるボックスカー核の形状および長さはイメ
ージング対象の異なるモデルに対処するように変えるこ
とができる。したがって、図４の９４のクリッピングお
よびスケーリング値も変えることができる。本発明の範
囲の中に入る種々の実施例を含むように請求範囲を記載
してある。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｘ線源、検出アレーおよび扇状ビームの相対的
な位置関係を示すＣＴガントリの正面図である。

【図２】図１の相対的な位置関係を側面から見て示す側
面図である。

【図３】図１のガントリと結合され、本発明を実施する
上で有用なＣＴ制御システムのブロック図である。

【図４】本発明に従ってＣＴシステムによって取得され
たデータの処理を示すブロック図である。

【図５】本発明でスキャンされるイメージング対象の一
例および作成される信号をグラフ的に表した図である。

【符号の説明】

１２イメージング対象２１’ オーバレンジチャネル部分２２’ インレンジチャネル部分３９ＡＤＣ最大値４０オーバレンジマスク４２しきい値動作器７２傾斜計算器７４加算器７５ボックスカー核７６重畳積分器７８補正マスク８０乗算器８４再構成器８８台形信号９４クリッパ／スケーラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウィリアム・ケイス・ブレイマーアメリカ合衆国、ウィスコンシン州、マスコゴ、レッド・オーク・コート、ダブリュー198・エス10865（番地なし) (72)発明者ケビン・フランクリン・キングアメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ニュー・バーリン、ウエスト・リッジ・ロード、15651番 (72)発明者パトリック・ダニエル・コシンスキーフランス国、グビュー、ル・デ・ジョンキーユ、11番

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断層撮影スキャナで強度値のセットが測
定され、各強度値はイメージング対象を通って互いに隣
接した射線セットの一つの射線に沿って受けた放射線の
強度に関連しており、強度値は最大値までの受けた放射
線の強度は示すが、その最大値を超える受けた放射線の
強度は示さず、強度値のセットが強度値の他のセットと
組合わされて再構成されることにより画像が作成される
ような断層撮影スキャナで使用するためのオーバレンジ
補正回路に於いて、強度値のセットを受けるしきい値検出器であって、受け
た放射線が最大値を超えない場合に強度値のセットをイ
ンレンジ強度値として識別し、受けた放射線が最大値を
超える場合に強度値のセットをオーバレンジ強度値とし
て識別するしきい値検出器、強度値のセットならびに識別されたインレンジ強度値お
よびオーバレンジ強度値を受けて、オーバレンジ強度値
に対する代替の強度値をその同じセットからのインレン
ジ強度値の値に基づいて推定する推定器、および強度値
を再構成して画像とする前にインレンジ強度値を代替の
強度値と組み合わせるためのコンバイナを含むことを特
徴とするオーバレンジ補正回路。
【請求項２】最大値を超える受けた放射線に対する強
度値はほぼ一定であり、前記しきい値検出器が、各強度
値を最大値と比較することにより最大強度値に等しい強
度値だけをオーバレンジ強度値と識別し、残りをインレ
ンジ強度値と識別するための比較器を含んでいる請求項
１記載のオーバレンジ補正回路。
【請求項３】前記推定器が、強度値セットのすべてのインレンジ値を共に加算するこ
とによりイメージング対象の大きさを推定するための加
算器、およびイメージング対象の推定された大きさから
イメージング対象に対する強度値の推定変化率を決める
ことにより代替の強度値を作成する傾斜計算器を含んで
いる請求項１記載のオーバレンジ補正回路。
【請求項４】前記傾斜計算器がイメージング対象の大
きさに比例定数を乗算することによりイメージング対象
に対する強度値の推定変化率を決める請求項３記載のオ
ーバレンジ補正回路。
【請求項５】前記コンバイナが、各インレンジ強度値に対応して第一の値を有し、各オー
バレンジ強度値に対応して零の値を有する多点２進信号
を作成するマスク発生器、変化率に関連した所定数の点に対しては第一の値を有
し、残りのすべての点に対しては零の値を有する多点２
進信号を作成するボックスカー発生器、マスク発生器からの信号をボックスカー発生器からの信
号と重畳積分することにより重畳積分された信号を作成
する重畳積分器、およびインレンジ強度値に重畳積分さ
れた信号の対応する値を乗算するための乗算器を含んで
いる請求項３記載のオーバレンジ補正回路。
【請求項６】第一の値が１に等しい場合、前記重畳積
分器はマスク発生器からの信号とボックスカー発生器か
らの信号との重畳積分を半分より小さい値にクリップし
た後、このクリップされた信号に２を乗算することによ
り、重畳積分された信号を作成する請求項５記載のオー
バレンジ補正回路。
【請求項７】強度値のセットが測定され、各強度値は
イメージング対象を通って互いに隣接した射線セットの
一つの射線に沿って受けた放射線の強度に関連してお
り、強度値は最大値までの受けた放射線の強度は示す
が、その最大値を超える受けた放射線の強度は示さず、
強度値のセットが強度値の他のセットと組合わされて再
構成されることにより画像が作成されるような断層撮影
スキャナで使用するためのオーバレンジ補正方法に於い
て、受けた放射線が最大値を超えない場合に強度値のセット
をインレンジ強度値として識別し、受けた放射線が最大
値を超える場合に強度値のセットをオーバレンジ強度値
として識別するオーバレンジマスクを発生するステッ
プ、オーバレンジ強度値に対する代替の強度値を、強度値の
その同じセットからのインレンジ強度値の値およびオー
バレンジマスクに基づいて推定するステップ、および強
度値を再構成して画像とする前にインレンジ強度値を代
替の強度値と組み合わせるステップを含むことを特徴と
するオーバレンジ補正方法。