JPH06205771A

JPH06205771A - 高速掃引を用いた四次元螺旋状体積撮像方法及び装置

Info

Publication number: JPH06205771A
Application number: JP5243990A
Authority: JP
Inventors: Dominic J Heuscher; ジェイ．ホイシャードミニク
Original assignee: Picker International Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1994-07-26
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: EP0587334A2; DE69325485T2; JP3593617B2; EP0587334A3; EP0587334B1; DE69325485D1

Abstract

(57)【要約】【目的】４つの次元すべてにおいて線型な四次元画像
表現が得られると共に、対象体積内の造影剤の移動の四
次元画像も得られる、四次元螺旋状体積撮像方法及び装
置を提供する。【構成】検査領域（１）内の対象が軸方向に移動し、
それと共にｘ−線源（１２）がその廻りを回転する。対
象体積周囲の螺旋状経路に対応する像がサンプルされ、
補間され（６）、そして三次元画像表現（５６）に再生
される（５４）。このプロセスを複数回繰り返して、時
間的に変位した間隔で同一体積の複数の三次元画像表現
を発生する。この複数の画像表現を時間的に補間（１１
０）し、一連の画像表現を発生する。これらの各々は同
じ時間または時間間隔を表わす。即ち、４つの次元すべ
てにおいて線型な四次元画像表現が得られる。好ましく
は、造影剤を対象に注入して、データが対象体積内の造
影剤の移動を表わすようにする。造影剤の対象体積の基
準画像表現（１６）を、四次元画像表現から減算して、
対象体積内の造影剤の移動の四次元画像（１２８）を発
生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医学診断用撮像技術に
関し、特に、ＣＴスキャナを用いた螺旋状体積撮像（ｓ
ｐｉｒａｌｖｏｌｕｍｅｉｍａｇｉｎｇ）において
特に用途を見出すものであるので、それに特定して記載
することとする。しかしながら、本発明は、別のタイプ
の体積撮像、単一スライス多重画像、連続回転ｘ線源画
像、同期心撮像（ｇａｔｅｄｉｍａｇｉｎｇ）に関し
ても、用途を見出すものであることは、認められるべき
であろう。

【０００２】

【従来の技術】螺旋状またはヘリカル走査では、患者を
支持するテーブルが一定の線速度で移動するにつれて、
ｘ線源即ちｘ線管が連続的に回転する。このようにして
収集されたデータは、患者全体に及ぶ一定ピッチの螺旋
状経路を、効果的に表わすことができる。従来、こうし
たデータは、患者の長手方向軸を横切る、一連の平行面
として、より具体的には三次元矩形マトリックス状メモ
リセルとして、記憶され処理されていた。例えば、スレ
イヴィン（Ｓｌａｖｉｎ）の米国特許第３４３２６５７
号を見られたい。

【０００３】ある医学的診断では、通常ヨウ素のような
高原子番号造影剤である、造影剤を患者に注入すること
が好都合である。撮像される領域が心臓からどれくらい
離れているかに応じて、造影剤は、約３０−９０分の期
間にわたって、対象領域においてその最大濃度レベルを
保持する。ＣＴ走査技術は、造影剤がその最大濃度レベ
ルに近い間に、対象領域の画像を発生するために開発さ
れたものである。例えば、超高速ＣＴ、即ち電子ビーム
走査は、かなり大きな体積に対応するために用いられて
きた。サムディー．レーン（ＳａｍＤ．Ｌａｎ
ｅ）の「高圧注入ＣＴ造影は血管空間を不明瞭にする」
（診断用撮像、１９８８年１１月）を見られたい。しか
しながら、この技術はある時間期間にわたって、かなり
大きな体積全体に濃淡の変化を表わすことはできない。
レーンでは、同一領域の濃淡の変化をある時間にわたっ
て示すには、ソファをある位置に固定しなければならな
い。このように、レーンの技術には、造影剤の投与量が
増大すること、及び１本の観測用軸に関するスライスの
みに測定が限定されること等の不都合がある。

【０００４】体積螺旋状走査技術は、ニシムラらの米国
特許第４７８９２９２号で論じられている。これは、ソ
ファの前後の移動を利用して走査される体のサンプリン
グをより完全に行なうようにするものである。しかし、
ニシムラは時間次元における概念には対処していない。
更に、データ収集の際の前後の移動が原因で、サンプリ
ングが時間的に非均一となってしまう。これは、特に体
の端部付近の対象領域において顕著である。

【０００５】螺旋状体積走査は、造影剤を用いて、患者
に呼吸を止めさせた状態で行なわれていた。カレンダら
（Ｋａｌｅｎｄｅｒｅｔａｌ）の「息を止めさせた
患者に対する螺旋状体積ＣＴ、連続移動、及び連続スキ
ャナ回転」（放射線学、第１７６巻、第１８１−１８３
頁、１９９０年）及び、「螺旋状ＣＴ走査の物理的性能
特性」（Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．第１８巻、第５号、１９９
１年９／１０月）を見られたい。これらの技術の欠点の
１つは、螺旋状補間に線形補間器を用いていることであ
り、このためＣＴスライスの解像度の先鋭度が落ちてし
まう。他の欠点は、１回息を止めさせることによって１
組の測定データしか得られないことである。

【０００６】螺旋状に収集したデータを、従来の三次元
矩形マトリクスに適合させるには、一連の平行面を、螺
旋状収集データ全体に定義し、螺旋の１回転につき１つ
の平面、例えば回転の０°毎に、割り当てる。データ収
集期間中は、患者周囲で予め選択された角度だけ増分さ
せながら、一連の像または扇状領域のデータを収集す
る。潜在的に、慣習にしたがえば、０°即ち１２時にお
いて、１面当り１つの像とすれば、平均化や重み付けを
することなく、面内に像を首尾よく収めることができ
る。当該面の残りの各像については、その面の前の回転
からのものと、その面の次の回転からのものの、対応す
る像、即ち扇状データの対がある。これらの像は、当該
面からのそれらの相対距離に応じて平均または重み付け
される。このようにして、重み付けされた像の全組を作
成して、従来の３６０°ＣＴ再生アルゴリズムを実行す
る。１９８６年１２月に発行された、モリの米国特許第
４６３０２０２号を見られたい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】線形補間技術での問題
点の１つは、ソースファン（ｓｏｕｒｃｅｆａｎ）再
生を用いる第４世代のスキャナではエラーを生じること
である。ｘ−線源と検出器のアークが共にスライス周囲
を回転する、第３世代のスキャナでは、各データファン
即ち像は、人為的に定義された横断スライスに平行な面
において瞬時に収集された。第４世代のスキャナでは、
患者の周囲に複数の固定検出器の平行なリングがある。
ソースファン再生では、各検出器は、監視され、時間を
変位した間隔でサンプルされ、線源が検査領域の背後を
回転する際に、像即ち扇状データが発生される。患者は
最初と最後の像即ちデータファンのデータサンプルの間
に、長手方向に移動するので、像が螺旋状経路に沿って
歪むか、あるいは傾いてしまう。線形補間体系では、像
が人為的に定義された面に平行であることを仮定してい
るので、エラーを発生してしまう。線形補間技術に伴う
別の問題は、ｘ−線回転速度の変動、患者を移動させる
速度、及びｘ−線管の出力の変動に、特に敏感なことで
ある。

【０００８】本発明は、新規で改良された螺旋状体積撮
像技術を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、対象と
なる体積領域に造影剤がある状態で、複数の螺旋体積走
査が、ある持続期間中繰り返し行なわれる。

【００１０】より具体的には、軸方向移動の時間を調整
して、対象領域に造影剤がある間に、複数回の螺旋状走
査を実行する。螺旋状走査の間に、患者とＣＴスキャナ
を、螺旋状走査を行なう間よりも速い速度で、螺旋経路
の先端に再度配置させる。このようにして、時間的に一
貫性を保持するために、各螺旋状走査が同一方向で行な
われる。

【００１１】本発明の別の観点によれば、空間位置及び
時間データを得ることによって、体積画像データが構成
される。このデータは、時間的に補間されて、複数の時
間データ集合を発生する。これらデータの各々は、実質
的に単一時間期間での体積を表わすものである。

【００１２】好適実施例に更に特定すると、データは、
矩形の三次元格子内に、空間的に補間され、そして時間
的に補間されて、均一に時間を変位した間隔で、複数の
三次元格子を発生する。

【００１３】本発明の別の観点によれば、時間的補間を
行なう前に、複数の体積走査の各々からのデータ集合を
整合する。

【００１４】本発明の更に限定された観点によれば、時
間的に変位させた体積の各々における１つ以上の特徴点
を識別し、空間座標をシフトして、各体積内の特徴点が
一致するようにする。

【００１５】本発明の１つの利点は、ある体積の造影測
定をある時間にわたって行えるようにすることである。

【００１６】本発明の別の利点は、高解像度補間により
空間的に、そして高速掃引（ｒｅｔｒａｃｅ）および同
一方向の螺旋状走査により時間的に、の双方において、
対象となる体積の高解像度維持することである。

【００１７】本発明の別の利点は、流量及びけん流（ｐ
ｅｒｆｕｓｉｏｎ）測定ができることである。

【００１８】本発明の別の利点は、呼吸停止状態での測
定を多数回行なえることである。

【００１９】本発明の更に別の利点は、以下にあげる好
適実施例の記載を読み、理解した時、当業者には明白と
なろう。

【００２０】

【実施例】図１を参照すると、ＣＴスキャナ１０は、ｘ
−線管のような、検査領域即ち走査サークル１４全体に
放射線のファンビーム（ｆａｎｂｅａｍ）を投影する
ための放射線源１２を備えている。ｘ−線管は、回転可
能なガントリ（ｇａｎｔｒｙ）１６上に取り付けられて
おり、放射線のファンビームを検査領域周囲で回転させ
る。コリメータ及びシャッタ手段１８は、放射線ビーム
を１つ以上の狭い平面ビームにコリメートし、選択的に
ビームをオン及びオフする。ビームのオン及びオフは、
ｘ−線管において電子的に行なってもよい。モータ２０
が、ガントリ１６を連続的に検査領域周囲で回転させる
ための動力を与える。回転位置エンコーダ２２が、モー
タ及びガントリと接続されており、ガントリの回転位置
を計測する。図示の第４世代ＣＴスキャナでは、放射線
検出器２４のリングが、検査領域周囲に取り付けられて
いる。機械的及び数学的に説明しやすいように、検出器
２４は、ｘ−線管と同一平面において、回転ガントリの
周囲に固定的に取り付けられているものとする。

【００２１】図３を参照すると、放射線源１２が検査領
域１４の背後を回転する際、弓状の複数の検出器が、短
い時間を増加しながら、同時にサンプルされ、像即ちフ
ァンデータ集合を発生する。角度２αにわたる検出器フ
ァンを発生するためには、放射線源が検査領域１４の１
辺に接する位置２８ａにある時に、角度位置θにある例
示的検出器２６を先ずサンプルし、検査領域の他辺に接
する検出器からの線上の点２８ｂに放射線源が到達する
まで、監視する。ソースファンの形状について、検出器
２ａ及び２ｂの間にある検出器の各々が同時にサンプル
されて、ソースファン像即ちデータセットを発生する。
収集されたソースファンデータ集合は、検査領域周囲の
その頂点の角度一Φによって、識別することができる。
線源と検出器の１つとの間のデータの各光線は、角度β
によって記載される。ソースファンの各光線も、共通軸
に対するその角度γによって識別される。線源は検査領
域の中心から半径Ｓの所に配置され、一方検出器のリン
グ２４は、検査領域の中心から半径Ｄの所に配置され
る。本発明を同等に応用可能な第３世代のスキャナで
は、検出器２８ａと２８ｂとの間の単一の円弧状検出器
が、ガントリ１６上に線源と共に回転可能に取り付けら
れている。第３世代のソースファン形状は、数学的には
同一に記述される。

【００２２】再び図１及び図２を参照して、患者用寝台
３０が、横臥用位置に、対象特に人間の患者を、支持す
る。モータ３２のような手段が、寝台の患者支持表面
を、検査領域を通過するように、選択可能な速度で前進
させる。エンコーダ３４が、モータ３２、可動式患者支
持部３０、及びそれらの間にある駆動機構に接続されて
おり、患者支持表面が患者を走査サークル１４を通過さ
せる際の、患者の実際の位置を監視するようになってい
る。

【００２３】サンプリング手段４０が、多数の螺旋状走
査の各々について、検査領域周囲の各角度位置に対応す
る、像即ちデータセットをサンプルする。像プロセッサ
４２は、各螺旋状走査による螺旋状のサンプルされた像
を、ある限られた時間範囲にわたってサンプルされた平
行面に対応する、複数の画像表現に変換する。像プロセ
ッサは、像メモリ４４を備えており、この中に像データ
が記憶されており、走査数、（または時間）、回転番
号、像角度、及び像内の放射線角度の組合せによってア
ドレス可能になっている。像プロセッサ４２は、更にフ
ィルタ即ち補間手段を備えており、螺旋状像メモリ４４
内の各螺旋状走査によるデータを補間して、平行なスラ
イスデータを生成する。補間手段４６は、フィルタ機能
メモリ４８によって供給されるフィルタまたは補間関数
を用いて、対応する像角度の複数の像に対して処理を行
なう。

【００２４】制御手段５０は、像角度を、１回の螺旋状
走査全体における像角度の各々に、例えば、検査領域周
囲で規則的に３６０°増加するごとに得た像の角度に、
関連付ける。個々の像角度の各々に対応する複数の像
を、補間手段に転送してフィルタ処理を行ない、補間像
を得る。各補間像は、１回の螺旋状走査の各補間スライ
スに対応する補間像が発生されるまで、補間像メモリ手
段５２に記憶されている。その後、画像再生手段５４
が、従来のフィルタ処理後のバックプロジェクション
（ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）または他の再生アル
ゴリズムを用いて、複数のスライスの各々を再生し、各
螺旋状走査から結果として得られたスライスを、三次元
体積データメモリ５６に記憶する。各螺旋状走査に対し
て、体積データメモリ手段は、複数のスライスの各々に
対応する矩形画素アレイを記憶する。このスライスは、
各スライスにおける画素の解像度に対応する距離だけ離
間されている。このように、体積データメモリ手段に記
憶されている各データ集合は、螺旋状走査の１回に対応
する矩形データ体積として、概念化することができる。

【００２５】図４を参照すると、フィルタ機能メモリ手
段４８は、複数のフィルタまたは補間関数を記憶してい
る。図４は、修正した線形重み関数６２を、従来技術の
線形重み付け６４と比較するものである。修正線形重み
関数は、｜Ｒ｜＞１．５に対して、Ｗ（φ）＝０であ
り、平均幅は１．１であり、φ＝Ｒ・３６０°と表わさ
れる。Ｗ（φ）およびその一次導関数は、丸め近似（ｒ
ｏｕｎｄｉｎｇａｄｊａｃｅｎｔ）Ｒ＝０及びＲ＝±
１で表わされるように、両方とも連続である。回転イン
デックスＲは、統合的回転（ｉｎｔｅｇｒａｌｒｏｔ
ａｔｉｏｎ）インデックスｍと部分的回転ｒとの合計で
ある。更に、重み関数は、１の重み付けを行なう。即
ち、

【数１】ここで

【数２】であり、そして最初のモーメントは、ゼロに等しいの
で、次のようになる。

【数３】

【００２６】図５では、４回の連続回転に及ぶ三次重み
関数６６を、従来の線形補間６４と比較してある。三次
補間では、

【数４】と表わされ、平均幅は約１．１である。Ｗ（φ）及びそ
の一次導関数は、ここでも連続であり、数１及び数２の
条件も有効である。類似的に、曲線６８の三次重み付け
を用いることもでき、その場合、

【数５】であり、幅（半高）は１．６回転に等しい。

【００２７】図６は、従来の線形重み付け６４を、７ロ
ーブ（ｌｏｂｅ）螺旋状重み関数７０と比較したもので
あり、ここで、

【数６】である。ここでも、関数及びその一次導関数は連続であ
り、数１及び数２の条件は満足されている。

【００２８】図６を参照すると、曲線６４で表された従
来の線形重み付けは、ｚ−軸に沿って比較的限定された
周波数応答７２を有している。これに対して７ローブ螺
旋状重み関数７０は、ｘ方向により明確な周波数応答を
有している。７ローブ螺旋状重み付け７４の周波数応答
は、比較的平坦で、比較的急に低下しており、これまで
線形重み付け関数に必要とされた平滑化を不要とするこ
とができることに注意されたい。

【００２９】図４及至図７における回転番号即ち長手方
向位置Ｒはデジタル的に測定したものではないことに注
意すべきである。即ち、検出器が偶数の整数値Ｒ＝±
１、±２、等と、０°で、そして９０°で交差するとす
ると、Ｒ位置は、−０．７５、＋０．２５、＋１．２５
等となる。

【００３０】本発明の他の実施例によれば、再生手段５
４は、ウオルターズ（Ｗａｌｔｅｒｓ）に１９８１年１
１月に発行された、米国特許第４２９３９１２号に示さ
れているアルゴリズムのような、１８０°にファン角度
を加えた範囲の像を基にした再生アルゴリズムを用い
る。データにおいて、上述の形状の補間関数を用いて、
１８０°冗長を最も効果的に利用するために、フィル
タメモリ４８からの補間フィルタを、１８０°を基に再
定義する。具体的には、線形重み付け６４によって、画
像表現が平面的ではなく、歪む結果となる。

【００３１】図８を参照して、１８０°を基にした再生
技術を用いるための好適な技法は、像の角度と像内の個
々の光線各々の角度の双方を基にした重み関数を用い
る。曲線集合８０は、像またはファンの中心またはゼロ
光線のために、修正線形関数６２を備えている。曲線８
２は、ファンの一端における光線のためにシフトされ
た、修正重み関数を示すものであり、一方曲線８４は、
そのファンの他端における光線のためにシフトされた、
修正重み関数を示すものである。端部及び中央の光線の
間の各光線に対して、重み関数を図示した差の一部だけ
シフトしてある。各重み付け曲線及びその一次導関数は
未だに連続であるが、以下に示す数６及び数７の条件を
満足する。互に１８０°対向する光線に対する重み関数
の和は、１に等しい。

【数７】また、一次モーメントはゼロに等しい、即ち、

【数８】

【００３２】ソースファンＶs（Φ＋ｎ・３６０°、
β）の形状に組織された投影データに対して、長手方向
補間を行なう。

【数９】ここで、

【数１０】であり、更に、Ｗs（γ、β）は、数７及び数８に示し
た条件を満足し、φ＝０〜３６０°である。

【数１１】 β₀は、走査サークルを定義するファン角度である。

【００３３】結果的に得られる３６０°の投影データＤ
₁₈₀は、もはや１の重みを有するものではなく、代りに
１８０°の範囲の平均の重みを有する。このデータは、
φ＝０〜３６０°に対するＤ₁₈₀（φ、β）の標準畳み
込み（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）バックプロジェクショ
ンを用いて、再生することができる。検出器のファンＶ
_D（θ＋ｎ・３６０°、α）として組織された投影デー
タに対して、長手方向補間は、以下のものを発生する。

【数１２】ここで、Ｗ_D（θ＋ｎ・３６０°、α）は、ソースファ
ンフォーマットから検出器ファンフォーマットに、Ｗs
（φ＋ｎ・３６０°、α）を再写像することによって得
られる。再び、このデータは、φ＝０〜３６０°に対す
るＤ₁₈₀（φ、β）の標準畳み込みバックプロジェクシ
ョンを用いて、再生することができる。

【００３４】類似的に、図５の曲線の立体（ｃｕｂｉ
ｃ）重み関数に対する重み関数Ｗ₁₈₀（γ、β）は、図
９に示すように、光線に依存させることができる。具体
的には、立体重み関数６６を、中央の光線に用いる。一
方の端部における光線に対して、曲線８６によって示さ
れているように、重み関数を歪ませ、一方ファンの他方
の端部における光線に対しては、８８に示すように重み
曲線を歪ませる。図示の実施例では、曲線８６及び８８
の端部の光線は、β＝±２３°に対するものである。

【００３５】造影撮像では、造影剤を患者に注入する。
対象とする領域における造影剤の濃度は、心臓からの当
該対象領域の距離、注入速度等に応じて、時間と共に変
化する。図１０は、肝臓に適した造影剤濃度対時間を表
わすグラフであり、図１１は冠動脈に適した造影剤濃度
対時間を表わすグラフである。四次元画像のためには、
造影剤の濃度をピーク近くにしたままで、上述の撮像プ
ロセスを複数回繰り返す。加えて、三次元体積データ集
合が、造影剤の基本線を与えるために、ピークの前後で
収集される。

【００３６】再び図１を参照し、更に図１２も参照し
て、制御手段９０は、モータ２０及び２２を制御し、ｘ
−線源が約１秒／回転で回転し（曲線９２）、患者用テ
ーブルが約１５ミリ／秒で動くようにする（曲線９
４）。これによって、軸方向に１５センチ幅の体積を、
１０秒間で走査完了することが可能となる。制御手段９
０は、次に寝台制御モータ３２を反転させ、寝台が回転
してその開始位置に約２秒後に戻るようにする（９
８）。また、制御手段９０は、ｘ−線管をオフにする
か、或いはシャッタ１８を閉成して、この帰還期間中患
者に照射しないようにする。このプロセスを以後繰り返
して、約１２秒毎に、即ち５セット／分で、体積画像デ
ータの全集合を発生する。

【００３７】造影剤濃度手段１００は、走査を始めるべ
き時に、制御手段９０に通知するものである。造影剤濃
度手段１００は、患者内の実際の造影剤濃度を監視する
ことができる。好ましくは、造影剤の導入からそのピー
ク濃度に近付くまでの時間は、医学的によくわかってい
るので、この造影剤濃度手段は、単に、造影剤の導入
と、公知の時間パラメータに到達するまでの適切な時間
期間を指示すればよい。

【００３８】前記テーブルの速度は、実質的に一定に保
持される。しかしながら、各螺旋状走査の開始時の加速
及び終了時の減速は、補間中でも容易に操作することが
できる。更に、摩滅、電力の変動等によって、走査が進
むにつれて速度の変動が起きることもある。

【００３９】図１３を参照して、補間関数６２を再計算
して関数１０２を得、±２０％の正弦波速度変化を加え
る。具体的には、次の式で表わされる。

【数１３】

【数１４】ここで、Ｐ（φ）は、回転角φに対するテーブルの位置
である。これは平面再生の要件は満足するものである
が、図１４は、曲線１０２の空間解像度が理想的な線形
重み関数応答７２には一致していないことを示してい
る。しかしながら、重み関数Ｗ（φ）の値を、Ｗ（Ｐ
（φ））に再写像すれば、一定の空間応答を保持するこ
とができる。この重みは次のように調整される。

【数１５】

【数１６】図１５の新たな重み関数１０４を用いると、図１６の空
間応答１０６は、図１４の空間応答と実質的に同一とな
る。このように、補間関数を利用して、線源及び患者の
相対的な動きの速度における変動を、補正することがで
きる。

【００４０】螺旋状データ収集の各繰り返しが開始され
る際に、三次元状に再生された画像表現が、三次元画像
メモリ５６から四次元画像メモリ１１０に転送される。
ここで４番目の次元は時間である。整合手段１１２が、
各三次元体積画像を以前の体積画像と、空間的に整合す
る。パターン認識手段１１４が各三次元画像表現を１つ
以上の特徴点または構造について試験し、これら特徴点
または構造の空間位置を、四次元メモリ１１０内の同一
特徴点の位置と比較する。この特徴点は、患者の表面上
にｘ−線不透明整合部材を配し、各体積画像表現におけ
る座標位置を、先の体積画像表現におけるそれの位置と
比較することによって、定義することができる。オフセ
ット手段１１６が、各画像表現に適当な空間的オフセッ
トを加え、新たに獲得した画像表現の特徴点を、既に収
集した体積画像表現の対応する特徴点と整合させるよう
にする。任意に、手段１１６は３Ｄ画像表現の縮尺を調
整して、既に獲得したデータに、より正確に一致させる
こともできる。また、認識手段１１４は、各画像を特徴
的解剖学パターンについて試験し、そしてこの特徴的解
剖学パターンの位置を、四次元メモリ手段１１０内の既
に獲得した体積画像表現内の同一解剖学パターンと比較
する、パターン認識手段を含んでいてもよい。

【００４１】上述のように、螺旋状データ獲得期間は、
ある時間、先の例では１０秒を要する。このため、各三
次元画像表現内のデータが、時間的に不均整となる。よ
り具体的には、上述の実施例において、当該体積の第１
端部におけるデータの約１０秒後に第２端部のデータが
続く。次の体積の第１端部におけるデータは、約２秒後
に以前のデータ集合の第２端部におけるデータに続き、
最後のデータ集合の開始点におけるデータは、約１２秒
後に来る。時間的補間手段１２０が、四次元データを時
間方向に補間して、時間間隔が等しいデータ集合を生成
する。時間及び空間的に均一な四次元データが、四次元
均一画像メモリ手段１２２に記憶されることになる。

【００４２】診断の目的では、造影剤のみの表示を生成
することも有益なことが多い。このためには、減算手段
１２４が三次元を基にした、またはゼロ造影剤三次元画
像を、均一体積画像メモリ手段１２２内の時間的に均一
な三次元体積画像の各々から、減算する。より具体的に
は、造影剤を導入する前に、制御手段９０が三次元画面
を取り、三次元基準画像メモリ手段に記憶させる。選択
的に、造影剤が対象領域から出て行った後に、制御手段
が他の画像を取り込むこともできる。これら前後の三次
元画像表現を平均化して基本画像を形成し、基本体積画
像メモリ手段に記憶することができる。一旦、減算手段
１２４が基本体積画像を、時間的に変位した体積画像の
各々から減算すると、残るのは、時間の関数としての造
影剤の四次元立面画像であり、この造影剤画像は、四次
元造影剤画像メモリ手段１２８に記憶される。

【００４３】図１０及び図１１に示したように、撮像さ
れる体積内の造影剤の量は、曲線と共に変化する。適当
な部分では、濃度画像を調整して、造影剤投与量におけ
るこの時間的な変動を考慮することができる。このため
に、濃度画像調整手段１３０が、所望のように四次元造
影画像を調整し、造影剤投与の時間的な変動を考慮す
る。造影画像濃度曲線は、実際に造影剤の濃度を測定す
ることによって、または先に得てある情報を用いて、造
影剤検出手段１００によって、供給することができる。
更に、造影剤曲線も、造影剤画像１２８から得ることが
できる。

【００４４】画像及び映像処理手段１３２が、コンソー
ル１３４によって制御され、四次元画像データから二次
元画像を選択し、表示のために用いる。この処理手段
は、種々の角度及び種々の時刻における体積全体の平面
スライス、時間的な進展を示す同一スライスの一連の画
像、区分または切り欠き図等、種々の二次元画像表現を
選択することができる。更に、処理手段１３２は、メモ
リ１２６からの基準画像のデータを、造影画像１２８と
重ね合わせることができる。例えば、造影剤に影響され
ない周辺組織を見て、放射線専門医が空間的な配向を行
なう際の補助にすることが、好都合なことがしばしばあ
る。背景組織を白黒で表示し、一方造影画像を他の単一
色またはカラー表示で、その上に重ね合わせることがで
きる。映像処理手段１３６選択された二次元画像表現を
適切なフォーマットに変換し、ビデオモニタ１３８上に
表示する。選択的に、他の画像処理手段、画像メモリ記
憶及び保存（ａｒｃｈｉｖｉｎｇ）手段等を設けること
もできる。

【００４５】造影剤が画像の各画素に到達する速度は、
診断上の重要性を持っている。肝臓及び冠動脈のための
理想的な造影剤濃度曲線を、図１０及び図１１に示す。
しかしながら、造影剤は血液によって運ばれるので、比
較的長い時間造影剤が特定の画素に到達しないことは、
循環系または他の物質代謝の問題を示しているのであ
る。選択的に、手段１４０が時間を変位した三次元画像
の各々の対応するボクセル（ｖｏｘｅｌ）を検査し、造
影剤濃度をプロットし、それを理想的なものと比較す
る。この情報から、当該体積の各ボクセルが適当な速度
でその濃度を受けているかを示す、三次元表現を発生
し、もし受けていなければ、どれくらい遅れているかを
示す三次元表現を発生する。通常１色または斜線で表示
し、予想される速度で造影剤を徐々に受けている領域
を、徐々に濃くなる複数の色または斜線模様で表示する
ことにより、貴重な診断情報を伝えることができる。各
ボクセルに対する個々の造影剤濃度対時間曲線は、個々
に表示することができる。

【００４６】他の時間的体積測定フォーマットを選択す
ることもできる。図１７を参照して、制御手段９０は、
再びガントリを１秒／回転で回転させる（９２）。本実
施例では、しかしながら、患者は７．５ｃｍ／秒で軸方
向に移動し（９４’）、テーブルは約１．５秒後にその
７．５ｃｍを追跡する（９８’）。再び、寝台の速度は
５秒間の螺旋状走査時間の間実質的に一定となる（９
６’）。本実施例では、図１２の実施例の半分の大きさ
の体積が、６．５秒毎に走査され、１分あたり８回の全
域走査を可能にしている。

【００４７】図１８を参照して、ガントリは再び約１秒
／回転で回転する（９２）。しかしながら、より高い解
像度のために、テーブルは、約５秒間２．５ｃｍしか移
動しない（９４’’）。これによって、テーブルは停止
し、１秒後に元の位置に戻り、約６秒間走査される。こ
のようにして、本実施例では、１分あたり１０回の螺旋
状走査を行うことができる。

【００４８】図１９を参照して、患者テーブルは約１０
秒間に１５ｃｍ走査し（９）、その間患者は呼吸を続け
ている。吐出（ｅｘｈａｌｅ）及び吸入（ｉｎｈａｌ
ｅ）のために約８秒の期間１５０が患者に与えられ、次
の呼吸を維持するために準備する。この呼吸時間の間、
テーブルはその初期開始位置に戻される（１５２）。こ
のように、約１８秒毎、すなわち６４秒に約４回、走査
が行われる。

【００４９】ヒトの患者は、一般的に、楕円断面１５を
有し、これが射出された放射線のダイナミックレンジ
を、配向角度によって変化させる。同期制御手段９０
は、更に、ｘ−線管２０のための電源１６０も制御す
る。この電源は、一般的に、ｘ−線管の各角度位置に対
して、患者を通過させる平均減衰経路に比例して、ｘ−
線管電流または電圧を調整するものである。このように
して照射を変化させて、再生体積の量子ノイズ統計（ｑ
ｕａｎｔｕｍｎｏｉｓｅｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）を
より均一にすることができる。

【００５０】ガントリの回転またはテーブルの速度が比
例的ではなく変化すると、走査は螺旋状でなくなる。し
かしながら、（先に示したように）、それでも適切な再
生体積を得ることができる。より減衰が大きい投影につ
いては、ガントリの回転またはテーブルの移動を遅くし
て、より高い量子ノイズを補償するようにする。同様
に、ｘ−線管電圧、漉過（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）、ま
たはｘ−線管電流が変化しても、螺旋状走査は行うこと
はできる。具体的には、電圧漉過及び／または電流を、
減衰がより大きい投影のために増加させる。これらのパ
ラメータの同期は、以前の推定を元に前もって決めてお
くことができ、或は同じ体積の以前の投影または走査か
ら得た推定値から決定することもできる。

【００５１】上述のように、像は、１８０°を基にした
投影に対して、３６０°に及ぶグループに集合させるこ
とができる。他の実施例では、ｘ−線管のエネルギレベ
ル（ｋＶ）は、２つのレベル間で変動、すなわち交互に
変化する。図２０の１６２に示すように、先に決めた高
及び低の間でｋＶを連続的に変化させることによって、
２つの重み関数（１６、１６６）を、それぞれの投影
（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ）に印加し、１８０度を基に
した投影を２組生成することができる。これらの組は双
方とも、同一撮像面に対応するものである。各組におけ
る各光線の平均ｋＶ値は、高いｋＶレベルまたは低いｋ
Ｖレベルのいずれかに対応する。高ｋＶから低ｋＶへ、
そしてまた高ｋＶに戻る各サイクルに対して、正確に１
回半の回転が必要である。ｘ−線電流１６８は、サイク
ルに逆らって変化して、高低ｋＶ投影の双方におけるノ
イズを維持しつつ、全露出を最少に抑える。曲線１６
は、高ｋＶ重み関数を示すものであり、Ｗ_hi（Ｒ・１８
０、β）＝Ｗ_hi（γ、β）である。

【００５２】図２１を参照して、補間手段６によって印
加された重み関数は、高低ｋＶ部分をシフトする。すな
わち、重み関数曲線１６は、高ｋＶまたは電圧投影光線
用の好適な重み関数を示し、一方重み関数曲線１６６
は、低エネルギ光線と共に用いられる重み関数を示すも
のである。これらの光線の投影は、２つの別個の組また
はグループの、１８０度を基にした投影に再結合され
る。図示の実施例では、ビーム幅は螺旋（ｈｅｌｉｘ）
の約３リングに対応し、再生される画像即ちスライス
は、螺旋の約１．５リング毎に得られる。

【００５３】図２２を参照すると、ファン（＝＋Ｑ）の
端部に対する重み値の変動が、高ｋＶの１８０度を基に
した投影の組に対して示されている。より具体的には、
重み関数曲線１６を、ファンの一端の光線における曲線
１６ａと、そのファンの他端の光線における曲線１６ｂ
との間でシフトさせる。類似したシフトを、低ｋＶ投影
組用の重み関数１６６についても行う。

【００５４】ｘ−線の収集効率を高めるために、複数の
検出器を長手方向に互に隣接して配置する。長手方向に
２つの検出器を配置することによって、各検出器から見
た放射線の幅を、その検出器において選択的に調整する
ことが可能となる。同様に、３個以上の検出器を長手方
向に整合するように配置することもできる。こうする
と、３つのインターリーブされた螺旋に沿って、データ
を同時に収集することが可能になる。一実施例では、３
つの螺旋のデータは、同一体積をより高いサンプリング
密度で表わすことができる。これは、上述のデュアルモ
ードにおいて、特に有利である。これとは別に、患者の
テーブルの速度を三倍にし、３組の検出器が、同一サン
プリング密度のデータを３倍高速に収集することもでき
る。

【００５５】図２３において、検出器アレイ２は、複数
のリング状の検出器２８ａ、２８ｂ、２８ｃから成るこ
とが好ましい。コリメータ１７０ａ、１７０ｂが、中央
の検出器リングに衝突するビームの幅を選択的に調整す
る。外側のコリメータ１７２ａ、１７２ｂは、外部検出
器リング２８ａ、２８ｂに衝突するｘ−線ビームの幅を
調整する。このようにして、同時に３つの螺旋に対応す
るデータを収集するように、３本のｘ−線ビームを発生
する。また、マルチスポットｘ−線管を用いてｘ−線ビ
ームの厚みを増加させ、複数のビームがより平行になる
ようにすることもできる。

【００５６】以上、本発明をその好適実施例を参照しな
がら記載した。明らかに、先の詳細な説明を読み、理解
すれば、他の者にも変更や改造が思い浮かぶであろう。
したがって、そのような変更や改造も、本発明の特許請
求の範囲またはその同等物に該当する限り、本発明はそ
れらも含むもとのして解釈するものとする。

【００５７】本発明は種々の構成要素及び構成要素の配
置で、更に種々のステップ及びステップの構成によっ
て、形成することができる。添付図面は好適実施例を例
示するためのみのものであり、本発明を限定するものと
して解釈すべきではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＣＴスキャナの概略図。

【図２】本発明によるＣＴスキャナの概略図。

【図３】ＣＴスキャナの幾何学的配置を示す図。

【図４】２つ以上の螺旋状回転間で重み付けするため
の、重み関数を示すグラフ。

【図５】２つ以上の螺旋状回転間で重み付けするため
の、重み関数を示すグラフ。

【図６】２つ以上の螺旋状回転間で重み付けするため
の、重み関数を示すグラフ。

【図７】２つ以上の螺旋状回転間で重み付けするため
の、重み関数を示すグラフ。

【図８】１８０℃を基本とした再生アルゴリズムに対す
る、補間または重み付け関数を示すグラフ。

【図９】１８０℃を基本とした再生アルゴリズムに対す
る、補間または重み付け関数を示すグラフ。

【図１０】肝臓に対する造影剤濃度対時間曲線を示すグ
ラフ。

【図１１】大動脈に対する造影剤濃度対時間曲線を示す
グラフ。

【図１２】１秒／回転で、１０秒間で１５センチの体積
を走査完了するための、螺旋状回転角、コーチ位置、及
びコーチ速度を示すグラフ。

【図１３】ガントリ回転及びテーブル速度の変動、特に
補正を行なうための重み付け関数の変動の、補正を示す
グラフ。

【図１４】ガントリ回転及びテーブル速度の変動、特に
補正を行なうための重み付け関数の変動の、補正を示す
グラフ。

【図１５】ガントリ回転及びテーブル速度の変動、特に
補正を行なうための重み付け関数の変動の、補正を示す
グラフ。

【図１６】ガントリ回転及びテーブル速度の変動、特に
補正を行なうための重み付け関数の変動の、補正を示す
グラフ。

【図１７】図１２と類似しているが、体積の半分のみを
包囲する際のグラフ。

【図１８】高解像度目標走査を用いた、２．５センチ体
積についてのグラフ。

【図１９】図１２と類似しているが、走査間の呼吸のた
めの時間を与えることを示すグラフ。

【図２０】ｘ−線電流及びｋＶ変動、及び二重ｋＶ撮像
用の対応する重み関数を示すグラフ。

【図２１】ｘ−線電流及びｋＶ変動、及び二重ｋＶ撮像
用の対応する重み関数を示すグラフ。

【図２２】ｘ−線電流及びｋＶ変動、及び二重ｋＶ撮像
用の対応する重み関数を示すグラフ。

【図２３】多数のファンビームデータを同時に収集する
ことを可能にする、区分化検出器配列を示す図。

【符号の説明】

１０．．．ＣＴスキャナ１４．．．検査領域１２．．．放射線源１６．．．ガントリ１８．．．コリメータ及びシャッタ手段２０．．．モータ２２．．．回転位置エンコーダ２４．．．検出器３０．．．患者用寝台３４．．．エンコーダ４０．．．サンプリング手段４２．．．像プロセッサ４４．．．像メモリ４６．．．補間手段４８．．．フィルタ機能メモリ５０．．．制御手段５２．．．補間像メモリ手段５４．．．画像再生手段５６．．．三次元体積データメモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンピュータ化した断層撮像方法であっ
て、（ａ）放射線源と対象とを互いに相対的に移動させ
て、前記対象を全体的に螺旋状経路に沿って照射するス
テップ、（ｂ）複数の投影画像データを含み、各像が前
記対象の廻りの角度位置及び螺旋に沿った角度位置によ
って示される、螺旋データ集合を収集するステップ、
（ｃ）前記ステップ（ａ）及び（ｂ）を、ある時間にわ
たって繰返し、時間的に変位した複数の螺旋データ集合
を生成するステップ、（ｄ）対応する像を空間的に補間
し、空間的に補間した像を、複数の時間的に変位した三
次元画像表現に再生するステップ、から成ることを特徴
とする方法。
【請求項２】請求項１記載の方法であって、更に、前記
三次元画像表現の各々のデータ全てが共通時間に対応す
るように、時間的に補間するステップを含むことを特徴
とする方法。
【請求項３】請求項３記載の方法であって、更に、前記
時間的補間ステップの前に、前記再生された三次元画像
表現の各々を整合するステップを含むことを特徴とする
方法。
【請求項４】請求項２記載の方法であって、更に、三次
元基準画像表現を発生し、前記ステップ（ａ）の前に造
影剤を前記対象に注入し、これによって、前記複数の画
像表現が、等しく変位した時間間隔で、前記対象の共通
体積を表現するようにしたことを特徴とする方法。
【請求項５】請求項４記載の方法であって、更に、前記
複数の時間的に変位した三次元画像表現の各々から前記
三次元基準画像表現を減算し、一連の時間的に変位した
前記造影剤の体積画像表現を発生することを特徴とする
方法。
【請求項６】請求項５記載の方法であって、更に、前記
造影剤の時間的に変位した体積画像表現から、読取可能
の二次元表示を選択的に発生するステップを含むことを
特徴とする方法。
【請求項７】請求項６記載の方法において、前記読取可
能の二次元表示を選択的に発生するステップは、造影の
時間的進展を示す表示を発生するステップを含むことを
特徴とする方法。
【請求項８】請求項６記載の方法であって、更に、前記
三次元造影画像表現の各ボクセルに対する、造影剤吸収
率を判定するステップ、前記造影剤吸収率を前もって選択した吸収曲線と比較す
るステップ、及び前記判定した造影剤吸収率と前記前も
って選択した吸収曲線との間のずれを表わす、読取可能
の画像表現を発生するステップ、を含むことを特徴とす
る方法。
【請求項９】請求項２記載の方法において、前記ステッ
プ（ａ）において、前記放射線源は、約毎秒１回転の速
度で回転し、前記患者は前もって選択された距離を軸方
向に横切り、更に、前記ステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返す前に、前記前
もって選択した距離の後、前記放射線源を切り、前記対
象をより高い速度で、初期開始位置に戻すステップを含
むことを特徴とする方法。
【請求項１０】請求項９記載の方法において、前記対象
は、１０秒以内の間軸方向に移動し、前記対象を前記初
期開始位置に戻すステップは、２秒以内に行われること
を特徴とする方法。
【請求項１１】診断用撮像方法であって、（ａ）対象と
放射線源とを移動させ、前記対象の目標体積が、前もっ
て選択した期間にわたって、前もって選択した軸方向長
の全体的に螺旋状の経路に沿って照射されるようにする
ステップ、（ｂ）前記螺旋状経路に沿った対応する位置
によって各々識別可能な複数の像データを収集するステ
ップ、（ｃ）軸方向に対応する像を、補間関数を用いて
補間するステップ、（ｄ）前記像を三次元画像表現に再
生するステップ、（ｅ）前記ステップ（ａ）−（ｄ）を
複数回繰り返すステップ、から成ることを特徴とする方
法。
【請求項１２】請求項１１記載の方法であって、更に、
前記複数の三次元画像表現を時間的に補間して、３つの
物理的次元と１つの時間的次元からなる四次元画像表現
を形成するステップを含み、前記四次元画像表現は４つ
の次元全てにおいて線型であることを特徴とする方法。
【請求項１３】請求項１２記載の方法において、造影剤
を前記対象に注入し、前記四次元画像表現から、造影剤
のない同一体積領域の三次元画像表現を減算して、前記
造影剤の前記目的体積内での移動を時間と共に表わす、
四次元画像表現を発生するステップを含むことを特徴と
する方法。
【請求項１４】コンピュータを用いた断層撮像装置であ
って、放射線源と対象を互いに相対的に移動させ、扇状に放射
線が前記対象に、全体的に螺旋状の経路に沿って照射さ
れるようにした手段と、前記扇状放射線を検出し、前記対象周囲の角度位置及び
螺旋経路に沿った角度位置によって各々識別可能な、複
数の電子データを発生する放射線検出器と、各螺旋の対応する像を空間的に補間する、空間補間手段
と、前記空間的に補間された像を、複数の三次元画像表現に
再生する、再生手段と、及び前記複数の三次元画像表現
を時間的に補間して、前記三次元画像表現の各々におけ
る全データが共通時間に対応するようにした、時間的補
間手段と、から成ることを特徴とする装置。
【請求項１５】請求項１４記載の装置であって、更に、
前記時間的補間の前に、前記三次元画像表現の各々を整
合する、整合手段を含むことを特徴とする装置。
【請求項１６】請求項１４記載の装置において、前記対
象に造影剤を注入し、更に、前記三次元画像表現の各々
から基準画像表現を減算して、一連の時間的に変位した
前記造影剤の画像表現を発生する手段を含むことを特徴
とする装置。
【請求項１７】請求項１４記載の装置であって、更に、
前記時間的に変位された三次元造影剤画像から、読取可
能の二次元表示を選択的に発生する、映像処理手段を含
むことを特徴とする装置。
【請求項１８】診断用撮像装置であって、対象と放射線源とを連続的に移動させ、前記対象が、前
もって選択した期間にわたって、前もって選択した軸方
向長の全体的に螺旋状の経路に沿って照射されるように
する手段と、前記対象を横切った放射線を検出し、各々前記螺旋状経
路に沿った対応する位置によって識別可能な複数の電子
データの像を生成する手段と、軸方向に対応する像を、補間関数を用いて補間する手段
と、前記像を三次元画像表現に再生する手段と、及び前記複
数の三次元画像表現を時間的に補間して、３つの物理的
次元と１つの時間次元とから成る四次元画像表現を生成
し、前記四次元画像表現が４つの次元全てにおいて線型
となるようにする手段と、から成ることを特徴とする装
置。
【請求項１９】請求項１８記載の装置において、造影剤
を前記対象に注入し、更に、前記四次元画像表現のデー
タから、造影剤のない同一体積領域の三次元画像表現を
減算して、前記造影剤の前記目的体積内での移動を時間
と共に表わす、四次元画像表現を発生する手段を含むこ
とを特徴とする装置。