JP4691505B2 - 周期的に動作する対象のためのコンピュータ断層撮影方法 - Google Patents

Description

本発明は、周期的に動作する対象、特に心臓が、ビーム束によって照射されるコンピュータ断層撮影方法に関する。更に、本発明は、当該方法を実行するためのコンピュータ断層撮影装置と、該コンピュータ断層撮影装置を制御するためのコンピュータプログラムとに関する。

上述したような種類の既知の方法において、周期的に動作する対象における放射の吸収又は減衰の３次元空間軌道は、検出ユニットを用いて取得された測定値から再構成される。その処理の間、対象の周期的な動作の影響は、測定値が、再構成されたデータレコードにおいて動作アーティファクトをもたらす、異なった対象状態からの情報を含むことである。

このような動作アーティファクトを低減するために、既知の方法での測定の取得の間に、例えば心電図のような、対象の動作に依存する動作信号は、動作信号が夫々の測定値に割り当てられるように、記録される。その場合には、同一又はほんの僅かに異なっている動作信号が割り当てられた測定値しか、再構成のために用いられない。

この方法の欠点は、同一の動作信号が、一般に、同一の対象の状態に対応しない点である。再構成のために用いられる測定値は、実質的に同一の動作信号を割り当てられているかもしれないが、これは、それら動作信号が、実質的に同一の対象の状態に割り当てられていることを意味するわけではない。従って、再構成のために用いられる測定値の上述した選択は、また、極めて顕著な動作アーティファクトをもたらす。

本発明は、上記動作アーティファクトが著しく低減されるコンピュータ断層撮影方法、コンピュータ断層撮影装置及びコンピュータプログラムを特定することを目的とする。

上記目的は、本発明に従って、以下のステップ：
ａ）周期的に動作する対象を通るビーム束をビーム発生源により発生させるステップ，
ｂ）回転軸に関して回転を有するように、一方での前記ビーム発生源と他方での前記対象との間の相対運動を発生させるステップ，
ｃ）取得時点が、夫々の測定値へ、及び該夫々の測定値を引き起こすビームへ割り当てられるように、前記相対運動の間に、前記対象の他の側において前記ビーム束の強度に依存する測定値を検出ユニットによって取得するステップ，
ｄ）前記対象の動作に依存する動作信号を動作検出装置によって検出し、該検出された動作信号によって周期的な動作の周期を決定するステップ，及び
ｅ）前記対象のコンピュータ断層撮影画像を前記測定値から再構成するステップ，
を有するコンピュータ断層撮影方法によって達成される。なお、前記周期（Ｔ_１．．．Ｔ_７）の範囲内で、前記対象の同じ小区域（２３；２５）の中間像へ適用される類似性測度が最小化されるよう決められる時間間隔（Δｔ_１．．．Δｔ_７，Δｔ´_１．．．Δｔ´_７）に位置する取得時点の測定値のみが用いられ、異なる中間像は、異なる周期（Ｔ_１．．．Ｔ_７）からの時間間隔（Δｔ_１．．．Δｔ_７，Δｔ´_１．．．Δｔ´_７）からの測定値を用いて再構成される。

従って、同一の小区域の中間像は、異なる周期からの時間間隔からの測定値を用いて再構成される。即ち、いずれの場合にも、正確に、１つの周期は、夫々の中間像へ割り当てられ得る。この場合に、個々の周期における時間間隔は、調整された時間間隔による中間像の再構成の後に、同じ小区域の中間像へ適用される類似性測度が最小化されるように、調整される。この方法は、異なる周期からの時間間隔からの測定値を用いて再構成することができる対象の１つ、幾つか、又は全ての小区域へ適用可能である。最終的に、コンピュータ断層撮影画像は、調整された時間間隔からの測定値のみが用いられて、再構成される。

上述した動作アーティファクトは、異なる周期からの時間間隔からの測定値を用いて再構成された再構成画像の領域において特に著しく発生する。そのため、対象が可能な限り同一の対象の状態であった時間の間に取得された測定値を、再構成のために用いることは、このような領域において特に重要である。これは、当該小区域の繰り返される再構成が、いずれの場合にも異なる周期からの測定値を用いて、可能な限り類似する画像をもたらすように対応する時間間隔を決定することによって、本発明に従って、達成される。このように決定される時間間隔に位置する全ての測定値を用いるコンピュータ断層撮影画像のその後の再構成は、従来技術と比較して、動作アーティファクトが著しく少ないコンピュータ断層撮影画像（ＣＴ画像）をもたらす。

語「周期的な動作」は、正確には、周期性に限定されない。言い換えると、それは、対象の状態が規則正しく正確に繰り返される動作、即ち、正確に等距離の瞬間に正確に同一である対象の状態に限定されない。本発明の主旨の範囲内での周期的な動作は、具体的には、例えば心臓のような周期的に動作する体器官の場合に知られるように、数学的な正確さとは異なる動作を含む。言い換えると、類似する、実質的には同一の対象の状態は、一般に実質的に等距離にある瞬間に経験される。

請求項１の意義の範囲内での小区域は、また、再構成されるべき領域でもある。この領域は、対象全体又は対象の一部分を有する。

請求項２及び３は、夫々の２つの連続する周期が周期対を形成し、小区域の第１の中間像は、周期対の先の周期の時間間隔に位置する取得時点の測定値を用いてのみ再構成され、小区域の第２の中間像は、後の周期の時間間隔に位置する取得時点の測定値を用いてのみ再構成される方法について記述する。前記中間像は、類似性測度と比較される。この場合に、前記中間像のうちの１つの再構成は、前記類似性測度に依存する中止基準が満足されるまで、変更された、特にシフトされた時間間隔により実行される。これは、動作アーティファクトの更なる低減をもたらす。

請求項４及び５は、非常に高品質の、再構成されたＣＴ画像を作る中止基準及び類似性測度について記述する。

請求項６で主張されている実施例では、夫々の測定値は、再構成の前に重み付けされる。これは、画像品質の更なる改善をもたらす。

請求項７及び８は、コンピュータ支出を低減するように、フィルタ逆投影と、ＣＴ画像の再構成においてよりも、中間像の再構成においてより低い３次元分解能とが利用されるコンピュータ断層撮影方法について記述する。

請求項９及び１０は、動作信号として心電図を用いる本発明に従う方法の実施例を記述する。これは、ほんの僅かな動作アーティファクトしか伴わない、鼓動している心臓のＣＴ画像をもたらす。

本発明に従う方法を実行するためのコンピュータ断層撮影装置が、請求項１１には記述される。

請求項１２は、請求項１１に記載されたコンピュータ断層撮影装置を制御するためのコンピュータプログラムを定義する。

本発明の上記及び他の態様を、後述する実施例を参照して説明し、明らかにする。

図１に示すコンピュータ断層撮影装置は、構台１を有する。構台１は、図１に表す座標系のｚ方向に平行に広がっている回転軸１４に関して回転することができる。その目的のために、構台１は、望ましくは一定で調節可能な角速度で、モータ２により駆動される。ビーム発生源Ｓ、例えばＸ線管は、構台１に固定されている。Ｘ線管は、コリメータ装置３を設けられている。コリメータ装置３は、ビーム発生源Ｓによって作られた放射から、円錐ビーム束４、即ち、ｚ方向及びｚ方向に対して垂直な方向（即ち、回転軸に垂直な面）で零以外の有限な範囲を有するビーム束を抽出する。代替的には、扇形ビームが使用されうる。

ビーム束４は、円筒形の検査領域１３を通る。検査領域１３には、周期的に動作する対象（図示せず。）が置かれている。この例となる実施例において、この対象は、鼓動している心臓である。心臓は、適切な動作をしており、場合により、更に、患者の呼吸運動により、前後に動かされる。他の実施例では、肝臓、脳若しくは動脈のような他の周期的に動作する身体部分又は周期的に動作する技術的対象が代わりに照射されうる。

検査領域１３を通った後に、ビーム束４は、構台１に固定された検出ユニット１６に衝突する。検出ユニットは、複数の検出素子を有する検出表面を有し、複数の検出素子は、本実施例において、行及び列のマトリクス形に配置されている。検出列は、回転軸１４に望ましくは平行に広がっている。検出行は、本実施例ではビーム発生源Ｓの（焦点が中心の検出器）周りの円弧で、回転軸に垂直な面に配置されている。他の実施例では、代替的に、それらは、異なる形態であっても良い。例えば、それらは、回転軸１４に関して円弧を描いても良く、あるいは直線であっても良い。ビーム束４が衝突する検出素子の夫々は、ビーム発生源の夫々の位置において、ビーム束４からのビームに対する測定値を供給する。他の実施例において、扇形ビーム束が用いられる場合に、検出ユニットは、代替的に、単一の検出行しか有し得ない。

α_ｍａｘにより示されたビーム束４の開口角は、対象円筒の直径を決める。対象円筒内には、検査されるべき対象が、測定値を取得する間、置かれている。ここで、開口角は、ビーム束４の端で回転軸１４に垂直な面にある光線が、ビーム発生源Ｓ及び回転軸１４により定められる面で囲む角度として、定められる。検査領域１３若しくはむしろ対象、又は患者支持台は、回転軸１４及びｚ軸に平行に、モータ５を用いて動かされる。代替的には、あるいは同等に、構台は、その方向で動かされうる。対象が技術的対象であって患者でない場合に、対象は検査中に回転させられることが可能であり、一方、ビーム源Ｓ及び検出ユニット１６は固定されたままである。

モータ２及び５を用いて、ビーム発生源Ｓ及び検出ユニット１６は、検査対象１３に関連して軌道を描くことができる。この軌道は、概念的な円筒表面を通る。この軌道は、両モータが動作している際に、例えば螺旋状に広がることができる。しかし、回転軸１４の方向での前進用のモータ５が動作しておらず、モータ２が、構台が回転することを可能にする場合には、円軌道が、検査領域１３に関連してビーム発生源Ｓ及び検出ユニット１６に対して作られる。本実施例では、螺旋軌道を考える。

測定値の取得の間に、心臓の動きは、心電計８を用いて既知の方法で記録される。その目的のために、患者の胸部は、電極（図示せず。）を用いて心電計８へ接続される。代替的には、パルスが、心臓の動きを表す動作信号として用いられ得る。他の実施例では、特に、他の動作している対象の場合には、対象の動作は、他の動作信号を用いて表される。従って、例えば、モータにより周期的に動かされる技術的対象の場合には、モータの信号が動作信号として用いられる。

本実施例では、患者が測定中に呼吸をしていないとする。従って、呼吸運動は、無視可能である。代替的には、呼吸運動は、例えば、呼吸運動測定装置へ接続された変形可能な腹帯を用いて測定されうる。

検出ユニット１６から得られた測定値は、再構成ユニット、特に再構成コンピュータ１０へ入力される。再構成ユニット１０は、例えば、非接触で動作するデータ伝送（図示せず。）を介して、検出ユニット１６へ接続されている。更に、心電図が、心電計８から再構成ユニット１０へ送られる。再構成ユニット１０は、検査領域１３の吸収分布を再構成して、それを、例えばモニタ１１に再生する。２つのモータ２及び５、再構成ユニット１０、ビーム発生源Ｓ、心電計８、検出ユニット１６から再構成ユニット１０への測定値の伝送、及び心電計８から再構成ユニット１０への心電図の伝送は、制御ユニット７により制御される。

他の実施例では、再構成のために取得された測定値及び測定された心電図は、最初に、１又はそれ以上の再構成コンピュータへ入力され得る。再構成コンピュータは、例えばファイバー光ケーブルを介して画像処理コンピュータへ、再構成されたデータを転送する。

図２は、図１に示すコンピュータ断層撮影装置により実施可能な測定及び再構成の方法の手順を示す。

ステップ１０１での初期設定の後に、構台は、本実施例では一定であるが、代替的には、例えば、時間又はビーム発生源の位置に依存して変化しうる角速度で回転する。

ステップ１０２において、検査領域若しくはむしろ対象、又は患者支持台は、回転軸に平行に置かれ、ビーム発生源Ｓの放射は、検出ユニット１６が複数の角度位置からの放射を検出することができるように、オンに切り替えられる。同時に、又はビーム発生源Ｓがオンに切り替えられる前に、心電計８は、心電図２１（図３）が同時に測定されるように作動する。

本実施例において、ビーム発生源Ｓは、検査領域１３に対して螺旋軌道で動く。代替的には、ビーム発生源Ｓは、概念的な円筒表面上に広がる任意の軌道に沿って、例えば、円軌道に沿って動いても良い。

ステップ１０３において、周期Ｔ_１．．．Ｔ_７は、心電図２１（図３）を用いて決定される。周期は、本実施例において、心電図２１の２つの隣接するＲピーク２７の間の時間距離により決定される。更に、最初に、夫々の周期Ｔ_１．．．Ｔ_７において、時間間隔Δｔ_１．．．Δｔ_７が決められる。周期及び時間間隔のインデックスは１から７までしかないが、周期及び時間間隔の数は、必ずしもこの数字に限定されるわけではない。これに反して、本発明に従う方法は、任意の数の周期及び時間間隔により実行可能である。

時間間隔Δｔ_１．．．Δｔ_７の最初の決定は、様々な方法で達成可能である。例えば、心臓が他の時間間隔でよりもこれら時間間隔でより少なく動くことが知られる時間間隔は、予め決定することが可能である。従って、人間の心臓は、２つの隣接するＲピークの時間範囲の６０％から８５％の間に位置する時間間隔において、比較的にほとんど動かない。

代替的には、対象が可能な限りほとんど動かない時間間隔の最初の決定のために、第１の例では、低い分解能を有する４Ｄデータセット（例えば、６４^３ボクセルにより表される２０×２０×２０ｃｍ^３）が、例えばフィルタ逆投影を用いて再構成されうる。４Ｄデータセットは、（ＦＯＶ（視野）を）再構成されるべき対象の部位の幾つかのＣＴ（コンピュータ断層撮影）画像を含む。これらＣＴ画像の夫々は、夫々の周期内に同じように配置された時間間隔に位置する取得時点の測定値のみを用いて再構成された。言い換えると、第１のＣＴ画像は、例えば、その中間点が夫々の周期内の５％ＲＲによって表される点に配置されている時間間隔に位置する取得時点の測定値のみを用いて再構成されている。第２のＣＴ画像は、例えば、その中間点が夫々の周期内の１０％ＲＲにより表される点に配置された時間間隔に位置する取得時点の測定値のみを用いて再構成されている。以下同様である。

従って、夫々のＣＴ画像を再構成するために用いられた測定値の取得時点を含む時間間隔は、夫々の周期において、例えば５％ＲＲだけ、互いにずらされて配置され得る。表現「ｘ％ＲＲ」は、本例では、位置ｔ＝ｔ_Ｒ＋０．０１ｘΔｔ_ＲＲでの位相点を表す。なお、ｔ_Ｒは、夫々の周期の第１のＲピークの瞬間であり、Δｔ_ＲＲは、夫々の周期の２つのＲピークの間の時間距離である。従って、位相点は、夫々のＣＴ画像へ割り当てられる。次に、隣接する位相点（例えば、５％ＲＲ及び１０％ＲＲ）を有するＣＴ画像は、互いと比較されえる。その目的のために、例えば、隣接する位相点を有するＣＴ画像の対応するボクセルの絶対差が形成されて足し合わされ、ＣＴ画像が類似すればするほどますます、結果として得られる合計は小さくなる。２つのこのような比較されるＣＴ画像が類似すればするほどますます、対象は対応する位相点の間でほとんど動かなくなる。従って、時間間隔は、最初に、隣接する位相点を有する２つのＣＴ画像が可能な限り類似する周期の範囲に置かれうる。例えば、位相点７０％ＲＲ及び７５％ＲＲを夫々有するＣＴ画像がほとんど同様である場合に、夫々の周期において、夫々の時間間隔は、７０％から７５％ＲＲの間に位置しうる。

更に、ステップ１０３において、夫々の最初に決定された時間間隔において、重み付け関数２２が決められる。重み付け関数は、測定値が対象の再構成のために使用される前に、時間間隔において夫々の測定値を重み付けるよう作用する。望ましくは、重み付け関数は、測定値が夫々の時間間隔の中央により多く配置されるほどに、測定値がますます重要性を増すように、発展する。

代替的に、重み付け関数は、時間間隔に位置する測定値が１を乗じられ、時間間隔の外に位置する測定値が０を乗じられるように設計されても良い。

ステップ１０４において、隣接する周期が考慮される。ステップ１０４の最初の実行の際に、先ず、ステップ１０３において最初に決定された時間間隔の年代的に第１の時間間隔Δｔ_１が決定される。第１の時間間隔は、再構成されるべき対象の部分を照射する対応するビームの測定値の取得時点を含む。年代的に第１の時間間隔Δｔ_１が位置する周期Ｔ_１、及びそれに続く周期Ｔ_２は、第１の周期対を形成する。ステップ１０４が次に実行される際に、第２の周期対は、年代的に第２の周期Ｔ_２と、年代的に第３の周期Ｔ_３から形成される。以下同様である。このようにして、ステップ１０４の夫々の実行において、いずれの場合にも年代的な時系列に対応して、周期対が、時間的に隣接する周期により形成される。

周期対の周期及び対応する時間間隔は、Ｔ_１、Ｔ_２及びΔｔ_１、Δｔ_２により、夫々、後述のように表わされる。これらの参照番号は、図３と併せて、以下のステップを説明する働きをし、当然のことながら、以下のステップが、年代的に最初の２つの周期及び時間間隔にのみ限定されることを意味するわけではない。

更に、ステップ１０２において、周期対の１つの周期Ｔ_１の時間間隔Δｔ_１に位置する取得時点のビームと、周期対の他の周期Ｔ_２の時間間隔Δｔ_２に位置する取得時点のビームとにより横切られるＦＯＶの小区域２３が決定される。取得幾何学、取得時点、時間間隔の最初の配置が知られているので、この小区域２３は、（簡単な）幾何学条件又はコンピュータシミュレーションによって決定可能である。

ステップ１０５において、ステップ１０４で決定された小区域２３は、第１の中間像が作られるように、現在の周期対の１つの周期Ｔ_１の時間間隔Δｔ_１に位置する取得時点の測定値によってのみ再構成される。この再構成は、例えばフィルタ逆投影又は反復法（例えば、ＡＲＴ；代数的再構成法）のような既知の再構成技術を用いて実行可能である。なお、再構成の前に、時間間隔Δｔ_１に位置する取得時点の測定値は、重み付け関数２２に従って重み付けされる。フィルタ逆投影ついては、ＣＴ画像全体の最終的な再構成（図４）と併せて、以下で更に詳細に説明する。

ステップ１０６において、ステップ１０４で決定された小区域２３の第２の中間像は、現在の周期対の他の周期Ｔ_２の時間間隔Δｔ_２に位置する取得時点の測定値のみを用いて再構成される。この中間像の再構成は、また、特定の再構成方法に限定されてはいない。更に、ここでも、測定値は、再構成の前に、重み付け関数２２に従って重み付けされる。

中間像の再構成は、ＣＴ画像の後の最終的な再構成に比べて、明らかにより低い分解能（例えば、再構成されるべき２０×２０×２０ｃｍ^３の範囲に対して６４^３）で実行され得る。

２つの中間像の比較は、ステップ１０７において行われる。その目的のために、類似性測度が、２つの中間像へ適用される。２つの画像を互いに比較して、類似性の程度に依存する相似値を生成する多数の類似性測度が、知られる。本発明に従って、如何なるこのような類似性測度も使用可能である。既知の類似性測度は、例えば、差分又は相関関係を用いる。類似性測度σは、例えば、対応するボクセルの絶対差により形成可能である：

ここで、Ｎは、中間像の１つでのボクセルの数であり、Ｖ_１，ｉは、第１の中間像のｉ番目のボクセルの画像値であり、Ｖ_２，ｉは、第２の中間像のｉ番目のボクセルの画像値である。更に、対応するボクセルの平均二次偏差も、類似性測度として用いられうる：

類似性測度が所定の閾値よりも低い相似値をもたらす場合には、ステップ１０９が続けられる。さもなければ、ステップ１０８が次に起こる。

ステップ１０８において、周期対の後の周期Ｔ_２の時間間隔Δｔ_２は変更される。時間間隔がシフトされ、時間間隔の幅が低減又は拡大をなされ、且つ／あるいは、重み付け関数の過程が変更されうる。例えば、ステップ１０８の夫々の実行時に、時間間隔Δｔ_２は、予め決定可能な時間距離だけ一方向にシフトされうる。従って、最初の実行の際に、時間間隔Δｔ_２は、より短時間の方向で１倍の時間距離だけシフトされ、次の実行の間には、より長時間の方向で２倍の時間距離だけ、次に、より短時間の方向で３倍の時間距離だけ、以下同様にシフト可能である。要は、夫々の実行に際して、時間間隔Δｔ_２、及び場合により更に重み付け関数は、変更される。

周期対の後の周期Ｔ_２の時間間隔Δｔ_２が変更された後に、ステップ１０６において、ステップ１０４で決定された小区域２３が、変更された時間間隔Δｔ_２に存在する取得時点の測定値を用いてもう一度再構成される。結果として得られる新しい第２の中間像は、ステップ１０７において、類似性測度を用いて第１の中間像と比較される。類似性測度が類似性閾値を上回る相似値をもたらす場合には、周期対の後の周期Ｔ_２の時間間隔Δｔ_２は、ステップ１０８においてもう一度変更される。従って、この時間間隔Δｔ_２は、類似性測度が、類似性閾値よりも低い相似値をもたらすまで変更される。この結果、類似性閾値が到達された後に、２つの中間像は相対的に類似することとなる。これは、２つの中間像によって表わされる対象の状態も相対的に類似することを意味する。以下で詳細に説明するように、このことは、最終的に再構成されたＣＴ画像における動作アーティファクトの低減をもたらす。

代替的には、ステップ１０６において、ステップ１０４で決定された小区域２３は、また、周期対の後の周期Ｔ_２の異なる時間間隔Δｔ_２からの測定値を用いて、繰り返し再構成されうる。異なる時間間隔Δｔ_２は、最初の時間間隔の近くに配置されるが、それに対して僅かにずらされうる。その場合に、幾つかの結果として得られる第２の中間像は、ステップ１０７において、類似性測度を用いて第１の中間像と夫々比較される。このとき、第１の中間像と共に最小の相似値を導くその特定の第２の中間像（又はむしろ、後の周期Ｔ_２のその特定の時間間隔Δｔ_２）が、選ばれる。

本発明は、本明細書で述べられた、周期対を用いる時間間隔の決定に限定されない。それどころか、ステップ１０４から１０９の代わりに、本発明に従って、ある小区域の幾つかの中間像へ適用される類似性測度が最小化されるように、周期内の時間間隔を調整する如何なる方法も適用することが可能である。なお、様々な中間像は、様々な周期からの、且つ、夫々の場合には１つの周期のみからの測定値を用いて再構成されている。その目的のために、様々な周期からの測定値を用いて再構成可能な全ての小区域が決定され得る。中間像が夫々の周期に対して再構成されるので、小区域の中間像の数は、対応する小区域を再構成することができる測定値が含まれる時間間隔の周期の数に等しい。このとき、周期内の時間間隔は、変更された時間間隔の中間像へ適用された類似性測度が最小化されるまで、変更される。この方法は、様々な周期からの測定値を用いて再構成可能な夫々の小区域に対して実行可能である。

ステップ１０９は、ＦＯＶを横切ったビームの取得時点を含む全ての周期が、既に考慮されているか否かを判定する。そうでない場合には、ステップ１０４が続けられる。さもなければ、ステップ１１０が後に続く。

ステップ１１０において、ＦＯＶ全体のＣＴ画像が再構成される。なお、測定値は、これが既に考慮されていなかった場合には、夫々の重み付け関数２２に従って予め重み付けされ、ステップ１０３から１０９で決定された時間間隔に位置する取得時点の測定値のみが用いられる。様々な周期からの測定値を用いて再構成されているにも関わらず、対象の同じ小区域を表す中間像が、極めて類似するように、時間間隔は決定されているので、これらの中間像によって表される対象の状態もまた極めて類似する。この場合に、ステップ１１０のように、様々な周期からの測定値は、このような小区域の再構成のために用いられて、これら小区域での動作アーティファクトは、既知の方法と比較して低減される。

周期的に動作する対象の再構成において、ＣＴ画像の時間分解能が可能な限り高い場合が、必然的に有利である。高い分解能は、可能な限り狭く、周期内で時間間隔を選択することによって達成される。更に、高品質のＣＴ画像の再構成のために十分な数の測定値を得るためには、ＦＯＶの夫々の小区域は、様々な周期に位置する取得時点のビームにより横切られるべきである。既知の方法の場合には、これは、一般に対象の状態が全ての周期で見つけられないので、際だった動作アーティファクトをもたらす。しかし、本発明に従って、周期内の時間間隔は、上述した中間像、ひいては対応する対象の状態が可能な限り類似するように選ばれる。従って、本発明に従う方法は、従来技術に比べて、高い時間分解能を有し、低減された動作アーティファクトを有する、再構成されたＣＴ画像をもたらす。

本発明に従って、如何なる再構成方法も、ＣＴ画像の再構成のために、ステップ１１０において用いられ得る。可能ならば、フィルタ逆投影の一種が実行される。これは、図４のフローチャートを用いて表されている。

再構成のために、ステップ２０１において、測定値は、並行して再編される。測定値は、あたかもそれらが、異なるビーム発生源（螺旋部分に配置され、互いに並行なビーム扇を放射することができる拡張されたビーム発生源）と、異なる検出器（回転軸１４を含む平らな直交「仮想検出器」）とにより測定されたかのように、並行再構成により再分類及び再補間をなされる。

これについて、図５を参照して詳細に説明する。ここで、参照番号１７は、検査領域を照射するビーム発生源からの螺旋軌道を表す。回転軸１４を含む面に広がるビームのうちの扇形ビーム束４３は、ビーム発生位置Ｓ_０から放射されている。位置Ｓ_０においてビーム発生源から放射された円錐状のビーム束は、回転軸１４に平行な面に位置しており、ビーム発生位置Ｓ_０において交差する、複数の平らなビーム束を有するとすることができる。図５は、これらのビーム扇の１つ、即ち、ビーム扇４３のみを単に示しているに過ぎない。

更に、図５は、更なるビーム扇４１、４２及び４４、４５を示す。これらのビーム扇は、ビーム扇４３に平行であり、互い及び回転軸１４に平行な面に位置する。関連するビーム発生位置Ｓ_−２、Ｓ_−１及びＳ_１、Ｓ_２には、夫々、ビーム発生源Ｓがビーム発生位置Ｓ_０に達する前及び後に、ビーム発生源Ｓが位置する。

ビーム扇４１から４５は、グループを形成し、テントのような形状を有するビーム束７０を定める。ビーム扇のグループは、投影と呼ばれる。この場合に、回転軸１４を含む面に位置し、投影の並行ビーム扇に直交するように置かれた直交仮想検出器１６０が、夫々の投影に関して、定められる。仮想検出器１６０の端点は、外側のビーム発生位置から螺旋の反対の部分に達するビームの面を通る進入点である。図５の光線束７０に関して、Ｓ_−２及びＳ_２は、外側のビーム発生位置である。デカルト幾何学に従って、即ち、行及び列で、配置された検出素子は、直交検出器１６０上に定められる。なお、測定値は、検出素子において再補間される。

ステップ２０２において、個々のビームに関連する測定値は、その後、夫々のビームの円錐角の余弦（ｃｏｓｉｎｅ）に対応する重み付け係数を乗じられる。ビームの円錐角は、このビームが、回転軸１４に直交するように置かれた面により囲む角度である。該角度が小さい場合には、角度の余弦は、ステップ２０２が削除され得るように、実質的に１に等しい。

ステップ２０３において、空間周波数と共に次第に線形に増大する１つの透過率を有する一次元フィルタリングは、測定値へ適用される。その目的のために、いずれの場合にも、回転軸１４に直交する方向における、即ち、検出器１６０のラインに沿った、連続する値が、用いられる。このフィルタリングは、ビーム扇の全てのグループに対して、仮想検出器の夫々のラインに沿って実行される。

他の実施例では、並行再編化が削除されうる。その場合に、知られているように、検出ユニットは、例えば、ビーム発生源の周り又は回転軸周りの円弧で曲がっているので、フィルタリングは変更されるべきである。

ステップ２０４において、ＦＯＶ内のボクセルＶ（ｘ）が決定される。次に、ステップ２０５において、投影、即ち、ボクセルＶ（ｘ）の再構成のためにまだ用いられておらず、その取得時点が上記時間間隔の１つに位置するところのビーム扇のグループが、選ばれる。投影のビームがボクセルＶ（ｘ）の中央を通らない場合には、いずれの点で中央のビームが検出表面に達するかが確認される。その場合に、関連する測定値は、隣接するビームの測定値の補間により計算される。ボクセルを通る投影のビームに割り当てられ得る測定値、又はむしろ補間により得られた対応する測定値は、ステップ２０６において、ボクセルＶ（ｘ）に累算される。ステップ２０７は、全ての投影が考慮されたか否かを判定する。そうでない場合には、フローチャートはステップ２０５へ分岐する。一方、ステップ２０８は、ＦＯＶ内の全てのボクセルＶ（ｘ）が通過したか否かを判定する。そうでない場合には、ステップ２０４が続けられる。他方で、ＦＯＶ内の全てのボクセルＶ（ｘ）が通過した場合には、全体としてのＦＯＶにおける吸収が決定され、本発明に従うコンピュータ断層撮影方法は、ステップ１１１（図２）により終了する。

ＣＴ画像の再構成において、ステップ２０１から２０３は、測定値が、ステップ１０５及び１０６での中間像の再構成の間に、既に適切に処理されている場合に削除され得る。

本発明に従う方法は、ＦＯＶ全体が、異なる周期に位置する取得時点のビームによって横切られる小区域を有するか否か、又は、ＦＯＶの一部のみがこのような小区域を有するか否かとは無関係である。後者の場合を図６に表す。

図６において、ＦＯＶの小区域２４は、周期Ｔ_１の時間間隔Δｔ´_１に位置する取得時点の測定値により再構成されている。ＦＯＶの隣接する小区域２６は、後続の周期Ｔ_２の時間間隔Δｔ´_２に位置する取得時点の測定値により再構成されている。これら２つの小区域２４、２６の間には、小区域２５が存在する。小区域２５は、時間間隔Δｔ´_１に位置する取得時点のビームと、時間間隔Δｔ´_２に位置する取得時点のビームとにより横切られる。小区域２５での動作アーティファクトを最小限にするために、時間間隔Δｔ´_２は、いずれの場合にも時間間隔Δｔ´_１又は時間間隔Δｔ´_２のいずれか一方からの測定値によってのみ再構成された小区域２５の中間像に適用される類似性測度が、最小化された相似値をもたらすように、ステップ１０６から１０８に関連して上述されたように変更される。従って、中間像は非常に類似する。これは、再構成されるべきＦＯＶ全体のＣＴ画像での動作アーティファクトの低減をもたらす。

本発明に従う方法の実施を可能にするコンピュータ断層撮影装置を示す。 本発明に従う方法のフローチャートである。 周期、時間間隔及び再構成された対象部位の間の相関関係の概要図を示す。 フィルタ逆投影のフローチャートである。 螺旋軌道、仮想検出器及び幾つかのビーム扇の概略透視図を示す。 周期、時間間隔及び再構成された対象部位の間の相関関係の更なる概要部を示す。

Claims (12)

1. ａ）周期的に動作する対象を通るビーム束をビーム発生源により発生させるステップ，
   ｂ）回転軸に関して回転を有するように、一方での前記ビーム発生源と他方での前記対象との間の相対運動を発生させるステップ，
   ｃ）取得時点が、夫々の測定値へ、及び該夫々の測定値を引き起こすビームへ割り当てられるように、前記相対運動の間に、前記対象の他の側において前記ビーム束の強度に依存する測定値を検出ユニットによって取得するステップ，
   ｄ）前記対象の動作に依存する動作信号を動作検出装置によって検出し、該検出された動作信号によって周期的な動作の周期を決定するステップ，及び
   ｅ）前記対象のコンピュータ断層撮影画像を前記測定値から再構成するステップ，
   を有し、
   前記対象の同じ小区域について、時間的に隣り合う周期により形成される周期対の１つの周期内の時間間隔に位置する取得時点での測定値を用いて中間画像が再構成され、前記周期対の他の周期内の時間間隔に位置する取得時点での測定値を用いて異なる中間画像が再構成され、
   前記１つの周期内及び前記他の周期内の各々の時間間隔は、前記同じ小区域の中間像へ適用される類似性測度が最小化されるよう決められる、
   ことを特徴とするコンピュータ断層撮影方法。
2. 前記ステップｅ）においていずれの場合にも最初に、予め決定可能な間隔幅を有する時間間隔は、夫々の周期において、予め決定可能な間隔位置に配置され、
   夫々の周期は、年代的に直前の周期及び年代的に直後の周期と、夫々の周期対を形成し、
   夫々の周期対に対して：
   ｉ）１つの周期の時間間隔に位置する取得時点のビームによって、及び他の周期の時間間隔に位置する取得時点のビームによって横切られる、対象の小区域を決めるステップ，
   ｉｉ）前記１つの周期の時間間隔に位置する取得時点の測定値のみを用いる前記小区域の再構成によって、第１の中間像を発生させるステップ，
   ｉｉｉ）前記他の周期の時間間隔に位置する取得時点の測定値のみを用いる前記小区域の再構成によって、更なる中間像を発生させるステップ，
   ｉｖ）前記第１の中間像及び前記更なる中間像へ類似性測度を適用することによって相似値を決めるステップ，及び
   ｖ）前記他の周期の時間間隔の間隔幅及び／又は間隔位置を変更し、前記相似値に依存する中止基準が満足されるまで前記ステップｉｉｉ）からｖ）を繰り返すステップ，
   を実行する、
   ことを特徴とする請求項１記載のコンピュータ断層撮影方法。
3. 年代順に連続した周期対は、前記ステップｉ）からｖ）に従って連続して考慮されることを特徴とする、請求項２記載のコンピュータ断層撮影方法。
4. 前記ステップｖ）における中止基準は、前記相似値が所定の類似性閾値を下回る場合に終了へと導くことを特徴とする、請求項２記載のコンピュータ断層撮影方法。
5. 前記同じ小区域の２つの中間像への前記類似性測度の適用は：
   −前記小区域を幾つかの細分領域（ボクセル）に分割するステップ，
   −夫々の絶対差を形成するよう、夫々の細分領域に対して、１つの中間像からの同じ細分領域の画像値を他の中間像からの同じ細分領域の画像値から引くステップ，及び
   −前記絶対差を合計するステップ，
   を有し、
   結果として得られる合計は、前記類似性測度の相似値である、
   ことを特徴とする請求項１記載のコンピュータ断層撮影方法。
6. 時間間隔に位置する取得時点の測定値は、測定値の前記取得時点が位置する時間間隔の中央から離れるほどにその大きさが減少する重み付けにより、前記中間像及び前記コンピュータ断層撮影画像の再構成の前に重み付けされることを特徴とする、請求項１記載のコンピュータ断層撮影方法。
7. 前記中間像及び／又は前記コンピュータ断層撮影画像の再構成は、フィルタ逆投影により達成されることを特徴とする、請求項１記載のコンピュータ断層撮影方法。
8. 前記中間像は、前記コンピュータ断層撮影画像よりも低い空間分解能により再構成されることを特徴とする、請求項１記載のコンピュータ断層撮影方法。
9. 前記検出された動作信号は、心電図であることを特徴とする、請求項１記載のコンピュータ断層撮影方法。
10. 前記ステップｄ）で決定される周期は、前記心電図の２つの隣接するＲピークの間の時間距離に対応することを特徴とする、請求項９記載のコンピュータ断層撮影方法。
11. −周期的に動作する対象を通るビーム束を発生させるビーム発生源，
    −回転軸に関して回転を有するように、一方での前記ビーム発生源と他方での前記対象との間の相対運動を発生させる駆動装置，
    −取得時点が、夫々の測定値へ、及び該夫々の測定値を引き起こすビームへ割り当てられるように、前記相対運動の間に、前記対象の他の側において前記ビーム束の強度に依存する測定値を取得する検出ユニット，
    −前記対象の動作に依存する動作信号を用いて周期的な動作の周期を検出する動作検出装置，
    −前記対象のコンピュータ断層撮影画像を前記測定値から再構成する再構成ユニット，及び
    −前記ビーム発生源、前記駆動装置、前記検出ユニット、前記動作検出装置及び前記再構成ユニットを、
    ａ）周期的に動作する対象を通るビーム束をビーム発生源により発生させるステップ，
    ｂ）回転軸に関して回転を有するように、一方での前記ビーム発生源と他方での前記対象との間の相対運動を発生させるステップ，
    ｃ）取得時点が、夫々の測定値へ、及び該夫々の測定値を引き起こすビームへ割り当てられるように、前記相対運動の間に、前記対象の他の側において前記ビーム束の強度に依存する測定値を検出ユニットによって取得するステップ，
    ｄ）前記対象の動作に依存する動作信号を動作検出装置によって検出し、該検出された動作信号によって周期的な動作の周期を決定するステップ，及び
    ｅ）前記対象のコンピュータ断層撮影画像を前記測定値から再構成するステップ，
    に従って制御する制御ユニット
    を有し、
    前記対象の同じ小区域について、時間的に隣り合う周期により形成される周期対の１つの周期内の時間間隔に位置する取得時点での測定値を用いて中間画像が再構成され、前記周期対の他の周期内の時間間隔に位置する取得時点での測定値を用いて異なる中間画像が再構成され、
    前記１つの周期内及び前記他の周期内の各々の時間間隔は、前記同じ小区域の中間像へ適用される類似性測度が最小化されるよう決められる、
    ことを特徴とする、請求項１記載の方法を実行するためのコンピュータ断層撮影装置。
12. 請求項１記載の方法を実行するためのコンピュータ断層撮影装置のビーム発生源、駆動装置、検出ユニット、動作検出装置及び再構成ユニットを制御する制御ユニット用のコンピュータプログラム。

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