JP4567118B2 - Ct装置を用いて検査対象物の螺旋走査により得られた測定値から像を再構成するための方法およびこの方法を実施するためのct装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、CT装置を用いて検査対象物の螺旋走査により得られた測定値から像平面に関して検査対象物の層厚みを有する層の像を再構成するための方法であって、検査対象物の周りを回転するX線源と、少なくとも1つの行の検出器要素を有する検出器とを備え、その際に測定値がそれぞれ多数の投影角αの1つと螺旋走査の長手方向軸線上のz位置とに対応付けられており、また螺旋走査の間に、検査対象物の周りのX線源の全回転あたり生ずる、検査対象物とX線源および検出器との間の螺旋走査の長手方向軸線の方向(z方向)の互いに相対的なmm単位でのずれと、螺旋走査の長手方向軸線の方向の検出器の行のmm単位での幅との比として定義された一定の無次元のピッチpが守られる方法に関する。本発明はさらにこの方法を実施するためのCT装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の方法およびCT装置は米国特許第 5,559,847号明細書、ヨーロッパ特許第0 713 678 A1号明細書、米国特許第 5,539,796号明細書に、またRadiology、1992、第185号、第29〜35頁のPolaciほかの論文“螺旋CTにおけるセクション感度プロフィルおよび像ノイズの評価”に記載されている。
【0003】
1行の検出器を有するCT装置による螺旋走査により得られた測定値から像を再構成する際に、各々の投影角に対して望まれる像平面のなかに計算された投影を発生するため、像平面の前に位置している測定値と像平面の後に位置している測定値との間の内挿が実行される。
【0004】
現在2つの内挿方法が最も一般的である。第1の方法では直線的な内挿が像平面の最も近くに位置している各2つの測定される投影の間、即ちいずれも等しい投影角αにおいて、しかし異なる循環の際に撮影された投影の間で行われる。この内挿形式は360LI内挿と呼ばれる。第2の方法では像平面の最も近くに位置している各2つの投影間、即ちそれらの一方は投影角αdにおいて撮影された投影、また他方はそれに対して層の投影角αcにおいて撮影された投影の間で内挿が行われる。検出器の中央の検出器要素に対してはαc=αd±πが成り立つ。この内挿形式は180LI内挿と呼ばれる。それは等しいピッチの際に180LI内挿よりも狭い有効な層幅(たとえば層感度プロフィルの半値幅FWHM(最大値の半分における全幅)により特徴付けられる)を与える。その代わりにX線源、すなわちX線管の出力パワー(mA値)が等しい際に画素ノイズは360LI内挿に比較して高められている。アーティファクトの生じやすさもより大きい。両方の内挿形式はピッチp=2に対して、投影角αをz方向の検出器位置の関数として示す図2中に概要を示されており、その際に投影角αは検出器の行の幅bで正規化された螺旋走査の長手方向軸線上の位置(z位置)を横軸にとって示されている。
【0005】
1行の検出器を有する螺旋走査に対するすべての従来の内挿方法に共通することは、層感度プロフィルの幅(たとえば半値幅FWHMにより特徴付けられる)がピッチpの増大と共に増大することである。それは180LIおよび360LI内挿に関し、コリメートされた層厚みdcollに対して相対的な層感度プロフィルの半値幅FWHMをピッチpの関数として示す図3中に示されている。
【0006】
従来の内挿技術、たとえば360LIまたは180LI内挿が多行の検出器により実行される螺旋走査に転用されるならば、状況は一層分かりにくくなる。図4中には360LI内挿の際および180LI内挿の際に生ずる層感度プロフィルの半値幅FWHMが、再びコリメートされた層厚みdcollに対する相対的な値として、5行の検出器を有するCT装置に対するピッチpの関数として示されている。即ちこの場合半値幅はピッチにより非単調に変化する。相互の関連は直観的でなく、また理解困難である。すなわちたとえばピッチpが増大した際に半値幅FWHMは減少する場合がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に記載されている種類の方法を、CT装置の簡単化された取扱を可能とするように構成することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、請求項1の特徴を有する方法により解決される。
【0009】
すなわち本発明の場合には有効な層厚みとピッチpとの関係が容易に見渡され得る。なぜならば、両者の間に従来の技術の際に多かれ少なかれ見通しのきかない、それぞれ使用される内挿方法により決定される、また内挿方法の選択による以外は影響を与えることができない関連ではなくて、それぞれ望まれる機能的に定義された関連が存在するからである。こうして本発明によるCT装置は容易に取扱可能である。このことは、本発明の変形例により、機能的な関係が、有効な層厚み(これに対する尺度として、たとえば層感度プロフィルの半値幅FWHMが利用できる)がピッチpと少なくとも本質的に無関係であるように選ばれているならば、特に当てはまる。
【0010】
本発明の実施例に従い、X線源の出力パワーがピッチpに関聯して、画素ノイズがピッチpに少なくとも本質的に無関係であるように設定されるならば、別の取扱い簡単化が達成される。その場合、層感度プロフィルだけでなく画素ノイズをも、ピッチpに無関係に設定することが可能である。
【0011】
本発明において必要な、所望の層厚みの設定は、本発明の変形例によれば、重み付け関数の幅、像平面からの考慮に入れるべき測定データの最大間隔をピッチpに関係して変更することにより行われる。
【0012】
CT装置に関する本発明の課題は請求項5の特徴により解決される。
【0013】
本発明によるCT装置は有効なmAs積を設定するための手段を有し、この設定に伴い実際のmAs積が、1行の検出器のなかで得られた等しい層厚みの像が有効なmAs積において生ずるであろう画素ノイズに通ずるように設定されるので、取扱者は多行の検出器を有するCT装置を1行の検出器を有するCT装置に似た簡単な仕方で取り扱うことができる。
【0014】
ピッチpに無関係な層感度プロフィルを設定するための基礎は通常の内挿の代わりに一般化された重み付け方法である。この重み付け方法はM行(M>1)を有するCT装置において、最大のピッチpmax=2Mまでピッチpに無関係な層感度プロフィルの設定を許す。それによりピッチpはもはやz方向の分解能を決定するパラメータではなく、医師は望まれる有効な層厚みを設定し、またそれにもかかわらずピッチpを自由に選択し得る。
【0015】
【実施例】
以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳細に説明する。
【0016】
図1には本発明による方法を実施するためのCT装置の概要が示されている。
このCT装置は焦点2を有するX線源1、たとえばX線管を有し、それから図示されていない絞りにより絞られたピラミッド状のX線束3が出発し、このX線束は検査対象物4、たとえば患者を貫いて検出器5に当たる。この検出器は多くの並列な検出器行から成っており、それらの各々は一連の検出器要素から形成されている。X線源1および検出器5は、検査対象物4が種々の投影角αのもとに貫通照射されるように、システム軸線6の周りに回転可能な測定システムを形成する。その際に生ずる検出器5の検出器要素の出力信号から、データ検出システム7が以後で測定された投影と呼ばれる測定値を形成し、これらの測定値は計算機8に供給され、この計算機は検査対象物4の像を計算し、この像がモニター9の上に表示される。
【0017】
検査対象物4のより大きい体積の走査は、図1中に螺旋10により示されているように、測定システム1、5が望まれる体積の螺旋走査を行うことによって可能である。その際に、同時に螺旋走査の長手方向軸線であるシステム軸線6の方向に、X線源1および検出器5から成る測定装置と検査対象物4との間の相対的運動が行われる。
【0018】
説明している実施例の場合、同時にCT装置をも制御する役割をする計算機8(そのために別の計算機を設けることも可能である)には、CT装置の取扱を可能にするキーボード12が接続されている。
【0019】
特に、キーボード12を介して螺旋走査のピッチpを設定することが可能である。ピッチpは測定システムの1回転の間に生ずるz方向の送りFと、z方向の検出器の行の幅bとの比である。計算機8は特に、管電流、従ってまた発生器回路11から電流を供給されるX線源1の出力パワーを設定する役割もする。
【0020】
相異なる投影角αのもとでの貫通照射は、測定される投影を取得する目的で行われる。そのためにX線源1は検査対象物4を、相次いで螺旋10の上に位置している焦点2の位置から出発するX線束3により貫通照射し、その際に焦点2の各々の位置は投影角とシステム軸線6に関するz位置とに対応付けられている。
【0021】
螺旋走査の結果として、システム軸線6に対して直角に延びている像平面に関し、この像平面のなかに位置している焦点Fの位置により撮影された、たかだか1つの被測定投影が存在し得る。それにもかかわらず、そのつどの像平面に属する検査対象物4の層の像を計算するためには、像平面の近くで撮影された測定される投影から適当な内挿により像平面のなかに位置している計算される投影が取得されなければならず、その際に、測定される投影の場合のように、各々の計算される投影が投影角αとシステム軸線6に関するz位置とに対応付けられている。
【0022】
本発明による方法の基礎となっている原理の一般性を制限するものではないが、以下には本発明による方法を5行の検出器を有するCT装置の例について説明する。他の行数M≠5にも応用可能であることは勿論である。
【0023】
以下には螺旋走査の長手方向軸線上における像平面の位置zimaに対する像の計算が詳細に説明される。その際に添字imaはimage=像を意味する。
【0024】
各々の投影角αlに対して、像平面からの特定の、選択可能な最大距離|zmax|のなかのすべての測定値f(l,k,i,v)の寄与が考慮に入れられる。l=1,2……NP,πは投影番号であり、その際にNP,πはX線源1の半回転の間に撮影される投影の数であり、kは検出器チャネルであり、i=1,……Mは検出器行の番号であり、またvは当該の投影が出発するX線源1の半回転の番号である。
【0025】
各々のlに対してすべての利用可能な測定値がzimaにおける像平面からのその間隔Δzlkivに従って重み付けされ、また結果として生ずる計算された全投影P(l,k)が得られる:
【数1】
g(・)はz方向の重み付け関数である。すべての重みの和による除算は、各々の投影角に対してこの重みにおいて相異なる数の測定値が寄与するが、それらの全重みは常に1として生じなければならないので、必要とされるのである。
【0026】
ピッチpに関係していま重み付け関数g(・)の幅、すなわち最大距離|zmax|は、常に等しい有効な層感度プロフィルがたとえば半値幅FWHMにより特徴付けられて生ずるように設定され得る。ピッチpのそのつどの値に対して必要な重み付け関数の全幅はそれぞれ計算機8により計算され、または予め計算され計算機8のなかに記憶されている表から取り出される。
【0027】
例として図5中には、5行の検出器により実行された2つの螺旋走査、一方はピッチp=3、他方はピッチp=5に対して、式(1)による直線的な重み付け関数g(・)により計算された2つの層感度プロフィルが示されている。両方の層感度プロフィルは図示の精度の枠内で等しい。層感度プロフィルには、定義された減弱値の対象物に起因する測定信号が、無次元の量Eとしてz方向を横軸にとって示されており、その際にz=0はz方向の像平面の位置に相当する。
【0028】
図6には、5行の検出器により実行された螺旋走査に対してピッチに関係する2つの可能な半値幅、すなわちFWHM=1.27dcollおよびFWHM=2dcoll(dcollは検出器のジオメトリにより定められ、それ自体は公知の仕方で適当な絞りおよび/またはコリメータにより設定された、検出器行のコリメートされた層厚みである)が、図4に示された線図に追加して記入されている
【0029】
本発明の場合には、ピッチに無関係な有効な層厚みの結果として、従来通常の内挿の際と異なり、X線源1の出力パワーが固定の際に画素ノイズがピッチpに関係している。ピッチpの減少と共に画素ノイズも減少する。なぜならば、多くの測定値がz範囲〔zima−zmax,zima+zmax〕のなかに生じ、また重み付けにより像に寄与するからである。それは図7中に5行の検出器により実行された螺旋走査により概要を示されている。画素ノイズの相対的な分散Vが、X線管の出力パワー(mA値)が一定の際のピッチpの関数として示されている。分散Vは図7中に、1行の検出器を有する螺旋走査の際に180LI内挿により等しい、コリメートされた層厚みおよび等しい管パワーにおいて分散V=4/3が生ずるようにスケーリングされて示されている。
【0030】
両曲線はFWHM=1.27dcollおよびFWHM=2dcollに対して計算されている。FWHM=1.27dcollに対しては、本発明による方法を応用した際の分散は、ピッチp=2N/10の際のV=4/3からピッチp=1の際のV=1/N・2/3まで減少する。それは360LI内挿による1行の検出器による螺旋走査に比較してN倍の線量累積に相当する。ピッチpの減少と共に、X線源1の出力パワーは不変に保って、与える線量(mAs積)を高め得るし、または、図7に従ってX線源1の出力パワーを減少し、ピッチpに無関係に線量を不変に保ち得る。
【0031】
本発明による方法は1行または多行の検出器を有するCT装置に適している。
望まれる有効な層厚みがピッチpに無関係に設定されるので、本発明によるCT装置の取扱は顕著に簡単化されている。なぜならば、ピッチpはもはやz方向の分解能を決定するパラメータではないからである。医師は、それどころかキーボード12を用いて望まれる有効な層厚みdeff、一層正確には層感度プロフィルの望まれる半値幅FWHMを設定し、またそれにもかかわらずピッチpを自由に選択し得る。
【0032】
さらに医師はキーボード12を用いて有効なmA値、すなわちX線源1の有効な出力パワーを、医師が有効な出力パワーをその経験に従って、同一の層厚みにおいて1行の検出器を有するCT装置の場合に選択するであろうように入力し得る。ピッチpに関係していま計算機8がX線源1の実際に設定すべき出力パワー、すなわち実際のmA値を、ピッチpに無関係に常に1行の検出器を有する前記のCT装置のなかで得られる像と等しい画素ノイズが生ずるように、たとえば図7に相応する曲線に従って計算する。
【0033】
上記の実施例の場合には、ピッチpに無関係に有効な層厚みdeffの設定を可能にする重み付け関数が用いられているが、これは例として理解されるべきである。ピッチpと有効な層厚みdeffとの間の他の機能的な関連を作る他の重み付け関数も本発明の枠内で使用できる。たとえば、詳細に説明された重み付け関数に追加して、またはその代わりに、ピッチpと有効な層厚みdeffとの間の機能的な関係について、有効な層厚みdeffがピッチpに直接比例していることを示すある重み付け関数を使用することが可能である。
【0034】
上述の実施例に述べたCT装置は第3世代のCT装置である。X線源と共に回転する弧状の検出器に代えて、固定のリング状の検出器を有する第4世代のCT装置も本発明による方法に従って動作し、または本発明に従って構成され得る。
【0035】
本発明は医学および非医学の応用に使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による方法を実行するために用いられるCT装置の概要図。
【図2】1行の検出器を有するCT装置に対する従来通常の像再構成方法において通常の内挿方法を示すダイアグラム。
【図3】1行の検出器を有する従来通常のCT装置に対して、コリメートされた層厚みdcollに対して相対的な層感度プロフィルの半値幅FWHMをピッチの関数として示すダイアグラム。
【図4】図2による両方の内挿方法に対して5行の検出器を有するCT装置に対する、図3に相応するダイアグラム。
【図5】5行の検出器を有し、本発明による方法に従って動作するCT装置により達成可能な層感度プロフィルを2つの相異なるピッチ値に対して示すダイアグラム。
【図6】図4のダイアグラムに追加的に、本発明による方法により実現可能なピッチに無関係な2つの層厚みを記入したダイアグラム。
【図7】5行の検出器を有し、本発明による方法に従って動作するCT装置に対して、一定のmA値における画素ノイズの分散をピッチの関数として2つの相異なるピッチに無関係な層厚みに対して示すダイアグラム。
【符号の説明】
1 X線源
2 焦点
3 X線束
4 検査対象物
5 検出器
6 システム軸線
7 データ収集システム
8 計算機
9 モニター
10 螺旋
11 発生器回路
12 キーボード
b 幅
F 送り
z z方向
Claims (4)
- CT装置を用いて検査対象物の螺旋走査により得られた測定値から像平面に関して検査対象物の層厚みを有する層の像を再構成するための方法であって、検査対象物の周りを回転するX線源と、少なくとも1つの行の検出器要素を有する検出器とを備え、測定値がそれぞれ多数の投影角の1つと螺旋走査の長手方向軸線上のz位置とに対応付けられており、また螺旋走査の間に、検査対象物の周りのX線源の全回転あたり生ずる、検査対象物とX線源および検出器との間の螺旋走査の長手方向軸線の方向の互いに相対的なmm単位でのずれと、螺旋走査の長手方向軸線の方向の検出器の行のmm単位での幅との比として定義された一定のピッチが守られる方法において、
各々の投影角に関して、この投影角に属する、像平面からの最大の距離のなかに位置しているすべての測定値が、像平面からの螺旋走査の長手方向軸線の方向のその空間的な間隔に相応して重み付け関数に従って重み付けされて再構成に取り入れられ、
重み付け関数は、有効な層厚みとピッチとの間に関数で定められた関係が存在しているように選ばれ、
関数で定められた関係は、層厚みがピッチに無関係であるように選ばれている
ことを特徴とする像を再構成するための方法。 - X線源のパワーがピッチに関係して、画素ノイズがピッチに無関係であるように設定されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- それぞれ望まれる層厚みを設定するため重み付け関数の幅がピッチに関係して変更されることを特徴とする請求項1または2記載の方法。
- 請求項1ないし3の1つによる方法を実施するためのCT装置において、有効なmA値を設定するための手段を有し、この手段を介して実際のmA値が、1行の検出器のなかで得られる等しい層厚みの像が設定された有効なmA値において生ずるであろう画素ノイズに通ずるように設定されることを特徴とするCT装置。
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