JP6858259B2 - ショートスキャン偏心検出器ｘ線トモグラフィのための冗長重み付け - Google Patents

Description

本発明は、ショートスキャン偏心検出器Ｘ線トモグラフィのための冗長重み付けに関する。より具体的には、本発明は、偏心検出器を使用して取得された投影データの冗長重み付けを使用する偏心検出器Ｘ線トモグラフィ再構成のためのデバイス及び方法に関する。更に、本発明は、上記方法を実行するためのコンピュータプログラムに関する。

最新のＸ線トモグラフィデバイスは、ファンビーム又はコーンビームといった発散ビームを放出するＸ線源を使用する。ビームは、撮像物体を含む検査領域を横断し、入射放射Ｘ線を検出する検出器素子のアレイを含む検出器によって捕捉される。Ｘ線ビームの各線について、検出器は特に、それぞれの線が撮像物体を通って（又は物体の隣を）進む線に関して投影値、即ち、線積分値を測定する。

検出器は、Ｘ線源とは反対側の固定位置に配置され、Ｘ線源及び検出器は共に、回転式ガントリに取り付けられている。Ｘ線トモグラフィスキャン中に、Ｘ線源及び検出器は、物体の周りを回転して、物体について複数の投影値を取得し、当該投影値を使用して、物体の３次元画像を再構成する。完全な物体の画像を再構成するためには、物体を通過する全ての線についての投影値が上記プロセスにおいて取得されなければならない。

従来、物体の周囲を一周するように、即ち、３６０°に及ぶ円弧上でＸ線源を回転させて、物体を通過する全ての線の投影値を測定していた。この場合、各線は、反対方向に進む線で２回サンプリングされる。これは、物体の画像の再構成において、例えば各投影値を１／２で重み付けすることによって考慮されなければならない冗長性につながる。この場合、再構成は、冗長測定値の平均に基づいて効果的に行われる。

しかし、物体を一周するようにＸ線源を回転させる必要なく、物体を通過する全ての線について投影値を測定することも同様に可能である。むしろ、スキャン中に、Ｘ線源を３６０°未満の最小角度で回転させることで十分であることを示すことができる。このようなＸ線の回転を伴うスキャンは、通常、ショートスキャンとも呼ばれる。より具体的には、最小角度は１８０°＋のファン角度であり、ファン角度はファンビームの全開角度に相当することを示すことができる。

中心に置かれた中心検出器を用いたショートスキャンの場合、物体を通過する線は、フル３６０°スキャンの場合と同様に、冗長的にサンプリングされる線もあれば、１回だけサンプリングされる線もある。冗長投影値は特に円弧の始点及び終点で取得され、非冗長射影値は特に円弧の中央部分で取得される。この冗長パターンを考慮するためには、画像再構成プロセスにおいて、測定された投影値の重み付けを行うことが同様に可能である。

原則として、これは、非冗長的に測定された投影値を１で重み付けし、各冗長値対の一方の投影値も１で重み付けし、冗長値対の他方の値を０で重み付けすることによって達成することができる。しかし、このようなはっきりとした２値重み付け関数は、画像アーチファクトをもたらす。これらのアーチファクトは、平滑重み付け関数を使用することによって回避することができる。このような重み付け関数の一例は、パーカー（Parker）重み付けと知られており、具体的にＳ．Ｗｅｓａｒｇ他による「Parker weights revisited」（Med. Phys.２９（３）、２００２年３月）に説明されている。

重み付け関数は、特にＸ線ビームの焦点が通る円弧の長さに依存する。実際の実施態様では、この円弧長は、通常、Ｘ線源の指定された公称開始位置及び終了位置からもたらされる公称値から外れるが、これは、Ｘ線トモグラフィシステムの動作に生じる不正確さによるものである。このような偏差は、特に使用されるＸ線トモグラフィシステムにおけるヒステリシス及び／又は他の効果によって引き起こされるＸ線源の指定公称位置の実現における不正確さから生じる。更に、このような偏差は、例えばＸ線源とガントリとの不完全同期から生じる可能性がある。これは、例えばガントリ回転の開始に対してＸ線源の起動が遅れる。この偏差のために、焦点軌道の実際の円弧長を測定して、冗長重み付けを行い、関連の画像アーチファクトを回避する必要がある。

このようにして、ショートスキャンを行うことによって、完全な物体の３次元画像を生成することができる。しかしながら、これは、検出器に入射する際にＸ線ビームが物体全体を照射することを必要とする。そうでなければ、即ち、Ｘ線ビームが物体の一部のみを照射すると、生成された画像にトランケーションアーチファクトが生じる。この要件は、特に検出器の特定の最小サイズをもたらす。

所与の検出器サイズについて視野サイズを大きくするために、検出器を中心からずらして配置することができる。これは、アイソセンタを通過するビームの中心線に対して、検出器が非対称に配置されることを意味する。検出器の非対称配置は、検出器に入射する際にファンビームが中心線の片側で物体全体を照射しないので、トランケーション投影をもたらす。しかし、Ｘ線源が重なり合う円弧上を移動する２つのショートスキャンが実行され、２つのショートスキャンの間に、中心線に対する検出器オフセットが片側からもう片側に切り替えられると、物体を完全にサンプリングすることができる。これら２つのショートスキャンを効率的に実行するためには、Ｘ線源を、最初のショートスキャンを実行するために一方の方向に回転させ、もう１つのショートスキャンを実行するために他方の方向に戻すことができる。最初のスキャンの終了位置は、名目上、２番目のスキャンの開始位置に相当する。

Ｘ線源を重なり合う円弧に沿って動かすことによって偏心検出器を使用して実行された２つのショートスキャン中に取得された投影データに基づいて、拡張された視野内の物体の３次元画像を再構成することができる。関連の画像アーチファクトを回避するために、この取得スキームでは冗長重み付けもまた実行しなければならない。この点に関して、両方のスキャンにおいて同じ線をサンプリングすることによって生じる冗長性を相殺しなければならない。同様に、各スキャンにおいて線を冗長的にサンプリングすることによって生じる冗長性を相殺しなければならない。これらの冗長性は、単一のショートスキャンの場合にも発生し、パーカー重み付けをもたらす冗長性に相当する。

本発明は、２回のショートスキャン中に偏心検出器によって取得された投影データ、具体的には、各ショートスキャンにおける線の冗長サンプリングからもたらされる冗長性に関する冗長重み付けを提供することを目的とする。

一態様では、本発明は、投影データに基づいた物体画像の偏心検出器Ｘ線トモグラフィ再構成のためのデバイスを提案する。投影データは、３６０°未満の２回の回転パスにおける物体の周りのＸ線源及び偏心検出器の回転中に、偏心検出器によって取得される。Ｘ線源は、焦点を有する発散Ｘ線ビームを生成する。焦点は、２回の回転パスにおいて大部分が重なり合う円弧に沿って移動する。偏心検出器は、Ｘ線ビームの中心線に対して非対称に配置される。検出器オフセットの方向が、回転パス間で逆にされる。デバイスは、冗長重み付け関数を使用して、各回転パス中の投影値の冗長取得に関する投影データの冗長重み付けを行うために構成される。冗長重み付け関数は、円弧の和集合に基づいて決定される。

１回目の回転パス及び２回目の回転パスにおいて取得された投影値の冗長重み付けは、１回目の回転パス及び２回目の回転パスにおいてＸ線ビームの焦点が通る円弧の和集合に基づいて決定される一様冗長重み付け関数に基づいて行われるので、高品質画像を再構成することができる。円弧の和集合との用語は、具体的には２回の回転パスにおいて焦点が通る円弧のうちの少なくとも一方に含まれる点からなる円弧を指す。冗長重み付け関数は、具体的にはパーカー重み付け関数である。

冗長重み付け問題に対する単純な解決策によれば、それぞれの回転パスにおいてＸ線ビームの焦点が通る円弧の長さに基づいて、各回転パスについて個々の冗長重み付け関数を決定することがまた可能である。しかしながら、この解決策は、再構成画像にアーチファクトをもたらすことが分かった。これらのアーチファクトは、両方の回転パスにおいて取得された投影値の冗長重み付けのために一様冗長重み付け関数が使用されると回避することができる。当該関数は、１回目の回転パス及び２回目の回転パスにおいてＸ線ビームの焦点が通る円弧の和集合に基づいて決定される。

本発明の一実施形態では、デバイスは、円弧の和集合の長さを表すパラメータに基づいて、冗長重み付け関数を決定する。パラメータは、具体的には円弧の和集合の端点間の角距離に対応する。Ｘ線ビームの焦点とＸ線源及び検出器の回転のアイソセンタとの間の所与の距離について、この角距離は、円弧の和集合の長さをパラメータ化したものである。Ｘ線ビームの焦点が円軌道である場合、この距離は一定である。しかし、本発明はこのような円軌道に限定されず、Ｘ線ビームの焦点とアイソセンタとの間の距離が変動するスキャンにも適用可能である。

一実施形態では、パラメータは、各回転パスの開始時及び終了時のＸ線源の測定位置に基づいて決定される。これにより、冗長重み付け関数が、評価されるスキャンの回転パスにおいてＸ線源の焦点が通る円弧の和集合の実際の長さに基づいて確実に決定される。

しかし、この実施形態では、冗長重み付け関数は、スキャンの完了後にしか決定することができないので、画像再構成はスキャンの完了後にしか開始することができない。したがって、本発明の更なる実施形態は、パラメータが、当該公称位置について経験的に決定されるパラメータの値に基づいて、１回目の回転パス及び２回目の回転パスの開始時及び終了時におけるＸ線源の公称位置に対してデバイスに予め記憶されていることを含む。パラメータのこの値は、具体的には、事前に実行される較正スキャンにおいて決定されてよい。

回転パスにおけるＸ線源の公称開始位置及び終了位置と実際の開始位置及び終了位置との偏差は、異なるスキャンでも本質的に同じであるので、パラメータの予め記憶された値は、評価されるスキャンにおけるパラメータの実際の値に本質的に相当する。したがって、正確な画像再構成を実行することができ、また、画像再構成はスキャン中に開始することができ、これにより、再構成画像はスキャン完了後すぐに利用可能になる。

代替実施形態では、デバイスは、実際の円弧の和集合と等しいか又はそれよりも大きい円弧の和集合の推定長さを表すパラメータの推定値を使用する。このような値は、Ｘ線ビームの焦点が通る円弧の和集合の公称長さと、公称長さに追加された追加の安全マージンとに基づいて決定することができる。この実施形態では、スキャン中又は事前に、１回目の回転パス及び２回目の回転パスにおけるＸ線源の実際の開始位置及び終了位置を測定する必要なく、スキャンの１回目の回転パス及び２回目の回転パス中に、各線について、少なくとも近似冗長重みを確実に計算することができる。

本発明の更なる実施形態では、偏心検出器に入射する発散Ｘ線ビームは、エッジ線と中心線との間の第１の開口角と第２の開口角との和に相当する開口角を有する。Ｘ線ビームの焦点は、各回転パスにおいて、１８０°と大きい方の開口角の２倍との和以上の回転角だけ回転させられる。これによって、視野を通る全ての線がスキャン中に確実にサンプリングされる。中心線は、視野の中心を通過するＸ線ビームの線に相当する。この中心は、通常、アイソセンタとも呼ばれ、Ｘ線源の円軌道の場合には、Ｘ線源の回転の中心に相当する。

更に、本発明の一実施形態は、１回目の回転パス中のＸ線ビームの焦点の公称回転角と、２回目の回転パス中のＸ線ビームの焦点の公称回転角とが互いに一致することを含む。したがって、焦点は、１回目の回転パス及び２回目の回転パスにおいて、同じ角度距離だけ移動する。

本発明の一実施形態では、検出器オフセットは、１回目の回転パス中に第１の方向及び第１の大きさを有し、２回目の回転パス中に第２の方向及び第２の大きさを有する。第２の大きさは第１の大きさに一致し、第２の方向は第１の方向とは反対である。

本発明の更なる実施形態では、Ｘ線源は、１回目の回転パス中に第１の方向に回転させられ、２回目の回転パス中に第２の方向に回転させられる。第２の方向は第１の方向とは反対である。本発明の関連実施形態では、２回目の回転パスの公称開始位置は、１回目の回転パスの公称終了位置に相当する。これらの実施形態は、２回の回転パスの特に時間効率的な実行を可能にする。

一実施形態では、デバイスは更に、両方の回転パスにおける同じ投影値の取得に起因する冗長性に関する投影データの冗長重み付けを行うために構成される。この冗長性は、追加の冗長重み付け関数によって特に考慮される。

更に、本発明の一実施形態は、発散Ｘ線ビームが、ファンビーム又はコーンビームとして構成されることを含む。

更なる態様では、本発明は、投影データに基づいた物体画像の偏心検出器Ｘ線トモグラフィ再構成方法を提案する。投影データは、３６０°未満の２回の回転パスにおける物体の周りのＸ線源及び偏心検出器の回転中に、偏心検出器によって取得される。Ｘ線源は、焦点を有する発散Ｘ線ビームを生成する。焦点は、２回の回転パスにおいて大部分が重なり合う円弧に沿って移動する。偏心検出器は、発散Ｘ線ビームの中心線に対して非対称に配置される。検出器オフセットの方向は、回転パス間で逆にされる。方法は、冗長重み付け関数を使用して、各回転パス中の投影値の冗長取得に関する投影データの冗長重み付けを行うことを含む。冗長重み付け関数は、円弧の和集合に基づいて決定される。

更なる態様では、本発明は、コンピュータ上で実行されると、当該コンピュータに上記方法を実行させるプログラムコード手段を含む、偏心検出器Ｘ線トモグラフィ再構成のためのコンピュータプログラムを提案する。

請求項１のデバイス、請求項１４の方法及び請求項１５のコンピュータプログラムは、特に従属請求項に規定されるように、類似及び／又は同一の好適な実施形態を有することを理解されたい。

本発明の好適な実施形態はまた、従属請求項又は上記実施形態とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであってよいことを理解されたい。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかとなり、当該実施形態を参照して説明される。

図１は、偏心Ｘ線検出器を用いて投影データを取得するＸ線トモグラフィシステムの構成要素を概略的かつ例示的に示す。 図２は、偏心検出器の幾何学配置を概略的かつ例示的に示す。 図３Ａは、２パスＸ線トモグラフィスキャンの１回目の回転パスの開始位置及び終了位置、並びに、１回目の回転パス中のＸ線ビームの焦点の軌道を概略的かつ例示的に示す。 図３Ｂは、２パススキャンの２回目の回転パスの開始位置及び終了位置、並びに、２回目の回転パス中のＸ線ビームの焦点の軌道を概略的かつ例示的に示す。 図４は、２パスＣＴスキャンの１回目の回転パス及び２回目の回転パス中のＸ線ビームの焦点の軌道を概略的かつ例示的に示す。 図５は、冗長的に取得された投影データを含む領域を示す図を概略的かつ例示的に示す。

図１は、２回の回転パスで偏心検出器Ｘ線トモグラフィスキャンを実行し、このようなスキャンにおいて取得された投影データから３次元画像を再構成するＸ線トモグラフィシステムの構成要素を概略的かつ例示的に示す。画像再構成は、特に各パスにおける投影値の冗長取得に関する投影値の冗長重み付けに基づいており、この冗長重み付けは、両方のパスについて、両方の回転パスにおける焦点の軌道に基づいて決定される一様重み付け関数に基づいて行われる。

Ｘ線トモグラフィシステムは、Ｘ線管といったＸ線源１と、Ｘ線検出器２とを含み、これらは、回転式ガントリ３上に互いに対向して取り付けられている。ガントリ３は、環状デバイス、Ｃ型アームとして構成されるか、又は、例えば２つのロボットアームによって実現されてもよい。ガントリ３を回転させることによって、Ｘ線源１と検出器２との間にある測定領域４内に配置されている撮像物体の周りでＸ線源１及び検出器２を回転させることができる。Ｘ線源１は、発散Ｘ線ビームを生成する。発散Ｘ線ビームは、具体的にはファンビーム又はコーンビームとして構成されてよい。Ｘ線ビームを所望の形状に従って形成するために、Ｘ線源１は、特に適切なコリメータ５を含む。検出器２は、入射放射Ｘ線を測定する複数の検出器素子からなる曲面検出器アレイ又は平面検出器アレイを含む。動作中、検出器２の特定の位置における各検出器素子の放射線測定値は、それぞれの検出器素子に入射するＸ線ビームの一部の経路に相当する線に関する撮像物体の１つの投影値に相当する。

システム内で行われるＸ線スキャンの間、検出器２は、偏心検出器として動作する。これは、検出器２の検出器アレイが、中心線の方向に垂直な方向において、アイソセンタを通過するビームの中心線に対して非対称に配置されることを意味する。つまり、アイソセンタを通る中心線は、Ｘ線検出器２に入射するファンビームの２等分線に合致しない。むしろ、ビームは、中心線と中心線の両側のエッジ線との間の２つの異なる角度δ_Ｌ及びδ_Ｓ（δ_Ｌ＞δ_Ｓ）からなる開口角度を有する。この幾何学的配置は、図２に概略的かつ例示的に示される。図２は、エッジ線２０１ａ、２０１ｂと、Ｘ線ビームの焦点２０３からアイソセンタ２０４を通過する中心線２０２との間の角度δ_Ｌ及びδ_Ｓを示す。Ｘ線検出器２の中心２０５とＸ線ビームの中心線２０２との間の変位Ｄによってパラメータ化することができる検出器オフセットは、所望の検出器オフセットが達成されるまでＸ線源１に対して検出器アレイを移動させることによって制御可能であることが好適である。更に、Ｘ線ビームの形状は、検出器２が完全に照射され、検出器２の隣の領域に到達する放射Ｘ線が実質的にないように、選択された検出器オフセットに適応させることができる。これは、Ｘ線源１に含まれるコリメータ５の適切な構成によって達成することができる。

Ｘ線源１、ガントリ３及びＸ線検出器２を含むＸ線トモグラフィシステムの構成要素は、制御ユニット６によって制御される。制御ユニット６は、Ｘ線トモグラフィシステムの構成要素を制御するための手順を含み、Ｘ線トモグラフィシステムの構成要素に適切に接続されたコンピュータデバイス内で実行されるコンピュータプログラムを含むコンピュータ実施ユニットとして構成することができる。

Ｘ線トモグラフィシステムは、Ｘ線検出器２によって取得された投影データから画像を再構成するために、再構成ユニット７を含む。再構成ユニット７もまた、３次元画像を再構成するための手順を提供し、上記コンピュータデバイス又はＸ線検出器２に接続された更なるコンピュータデバイス上で実行されるコンピュータプログラムを含むコンピュータ実施ユニットであってよい。一実施形態では、取得された投影値は、これらがＸ線検出器２において利用可能になるとすぐに再構成ユニット７に送信されてよい。この実施形態では、再構成ユニット７は、Ｘ線トモグラフィスキャンが実行されている間にその場で画像を再構成することができる。これには、スキャンの完了時に画像がすぐに利用可能になるという利点がある。

Ｘ線トモグラフィシステムは、偏心検出器２を使用して、Ｘ線ビームの焦点が重なり合う円弧に沿って移動する２つの回転パスで断層撮影スキャンを実行する。撮像物体を通る全ての線をサンプリングするために、各回転パスの間に、焦点を、少なくとも１８０°＋２δ_Ｌの角度だけアイソセンタの周りで回転させ、検出器オフセットは回転パス間で切り替えられる。この際、検出器オフセットの大きさは維持されるが、検出器オフセットの方向が逆になるように検出器オフセットが変更されることが好適である。したがって、角度δ_Ｌ及びδ_Ｓは、Ｘ線ビームの中心線に対してサイドが効果的に変えられる。このようにして、２δ_Ｌの開口角を有するＸ線ビームを捕捉する中心検出器の視野に相当する視野について画像を生成することができる。

名目上、Ｘ線ビームの焦点は、１回目の回転パス及び２回目の回転パス中に同一の円弧に沿って移動することが好適である。更に、一実施形態では、スキャン時間を最小限にするために、１回目の回転パスの終了位置は２回目の回転パスの開始位置に相当することが好適である。したがって、図３Ａに概略的かつ例示的に示されるように、焦点は、１回目の回転パスにおいて、円弧３０１に沿って開始位置Ａから位置Ｂまで移動し、ここで位置Ａと位置Ｂとの間の角距離は、１８０°＋２δ_Ｌ（又はそれ以上）である。次に、検出器オフセットを切り替えた後、焦点は、図３Ｂに概略的かつ例示的に示されるように、同じ円弧３０１に沿って位置Ｂから位置Ａに戻る。

実際には、２回目の回転パスの焦点の実際の開始位置は、１回目の回転パス開始後の焦点の終了位置からずれ、また、２回目の回転パス後の焦点の実際の終了位置は、１回目の回転パスにおける焦点の開始位置からずれる。ことのことは、図４に概略的かつ例示的に示されている。図４は、１回目の回転パス中の焦点の軌道４０１及び２回目の回転パス中の焦点の軌道４０２を示している。図から分かるように、軌道は大部分で重なっている。しかし、１回目の回転パスにおける焦点の開始位置Ａ_１は、２回目の回転パスにおける焦点の終了位置Ｂ_２から僅かにずれ、また、２回目の回転パスにおける焦点の開始位置Ｂ_１は、１回目の回転パスにおける焦点の終了位置Ａ_２から僅かにずれている。

上述したように、これらの偏差は、Ｘ線源１の指定公称位置の実現における不正確さ及び／又はＸ線源１とガントリ３との不完全同期といったＸ線トモグラフィシステムの動作において生じる不正確さによる。

再構成ユニットは、上述の２パススキャンにおいて取得された投影データに基づいて画像を再構成するために、当業者に知られている適切な再構成アルゴリズムを適用する。Ｘ線ビームがコーンビームとして構成されている場合に適用されてよい例示的な再構成アルゴリズムは、Ｄ．Ｓｃｈａｆｅｒ他による「FBP and BPF reconstruction methods for circular X-ray tomography with off-center detector」（Med. Phys.３８（７）、２０１１年７月）に説明されている。Ｘ線ビームがファンビームとして構成されている場合、再構成ユニット７は、これらのアルゴリズムの適切な適応版をファンビーム形状に適用することができる。この適応アルゴリズムは、より一般的なコーンビーム形状の特別な場合に対応する。

画像再構成は、冗長重み付けされた投影データｗ_ｉ（α，β）ｇ_ｉ（α，β）に基づいて実行される。ここで、ｇ_ｉ（α，β）は、ｉ回目の回転パス（ｉ＝１、２）において、線源角度βにおいてファン内の角度αを有する線を測定することによって取得される投影値を示す。ファン内の角度αは、当該線と中心線との間の角度に相当し、線源角度は、中心線と基準との間の角度に相当する（コーンビームの場合、ここでは明示していないが、コーンビーム変数も投影値に割り当てられる）。パラメータｗ_ｉ（α，β）は、ｉ回目の回転パスに対する冗長重み付け関数の値を示す。

冗長重み付け関数は、Ｘ線トモグラフィスキャン中の線の冗長サンプリングを考慮する。以下により詳細に説明されるように、冗長重み付け関数は、特にスキャンの各回転パスにおける線の冗長サンプリングを相殺する。好適には、冗長重み付け関数はまた、スキャンの両方の回転パスにおける線の冗長サンプリングを相殺する。この場合、各冗長重み付け関数は、第１の冗長重み付け関数ｗ_ａｉと第２の冗長重み付け関数ｗ_ｂｉとの積に対応し、ここで第１の冗長重み付け関数ｗ_ａｉは、ｉ番目の回転パスにおける線の冗長サンプリングを考慮し、第２の冗長重み付け関数ｗ_ｂｉは、両方の回転パスにおける線の冗長サンプリングによる残りの冗長性を考慮する。

第２の冗長重み付け関数ｗ_ｂｉは、１回目のパスにおける線源角度における偏心検出器と２回目の回転パスにおける同じ線源角度における偏心検出器との重なりに基づいて導出することができ、したがって、角度αのみに依存する。適切な冗長重み付け関数は、Ｄ．Ｓｃｈａｆｅｒ他による上記文献において、フル３６０°スキャンにおける偏心検出器によって取得された投影データからの画像再構成について具体的に開示され、この重み付け関数をまた、本発明の２パススキャンの場合に適用することができる。

以下では、第１の冗長重み付け関数について更に説明する。この説明では、指数ａを使用せずに、これらの重み付け関数をｗ_ｉ（α，β）と示す。上述のように、重み付け関数ｗ_ｉ（α，β）は、ｉ回目の回転パスにおける線の冗長サンプリングを相殺する。

これに関して、ｇ_ｉ（α，β）＝ｇ_ｉ（−α，β＋１８０°＋２α）であることが知られている。中心検出器及びファン開口角度δの場合、この式は、１８０°＋２δ＋２εの範囲にわたるスキャンについて、図５に示される図のようになる。２εは、１８０°＋２δの最小範囲を超えた延長に相当するので、オーバースキャン角度とも呼ばれる。図５では、領域Ｉ及びＩ’に冗長データが含まれ、また、領域ＩＩ及びＩＩ’に冗長データが含まれる。例として、図５には３つの標識が示されている。ここで同一標識は、冗長線を示す。領域ＩＩＩは冗長データを含まない。

原則として、図５の図における領域Ｉ’、ＩＩ’及びＩＩＩ内の線に１の冗長重みを割り当て、領域Ｉ及びＩＩ内の線に０の冗長重みを割り当てることで冗長性の問題を解決することができる。しかし、この選択は、標準的な画像再構成技術を使用した場合に、画像内のノイズ及び画像アーチファクトを増加させる。これらのアーチファクトは、平滑冗長重み付け関数を使用することによって回避することができる。このような重み付け関数は、スキャン又はパス中にＸ線ビームの焦点が通る円弧の長さを表すパラメータに特に依存する。このパラメータは、具体的には角度範囲又は距離１８０°＋２δ＋２εである。

このような重み付け関数の一例は、パーカー重み付け関数である。Ｘ線ビームの焦点が通る円弧の長さを表すパラメータとして、γ＝π＋２δ＋２ε（πは１８０°の角度を表す）を用いると、この関数は次のように書くことができる。

このような重み付け関数を使用すると、２パススキャンの冗長重み付け関数ｗ_ｉの単純な選択は、ｗ_ｉ＝ｗ_ｐ（α，β；γ_ｉ）である。ここで、パラメータγ_ｉは、１回目の回転パス及び２回目の回転パス中にＸ線ビームの焦点が通る円弧の実際の長さに相当する。したがって、γ_１は、図４に示す位置Ａ_１と位置Ａ_２との間の角距離、即ち、位置Ａ_１とアイソセンタとを結ぶ接続線と、位置Ａ_２とアイソセンタとを結ぶ接続線との間の角度に相当する。また、γ_２は、図４に示す位置Ｂ_１と位置Ｂ_２との間の角距離に相当する。冗長重み付け関数のこの選択は、スキャンの２つの回転パスの各々に対する冗長重み付けの別々の計算に対応する。

しかし、冗長重み付け関数のこの選択は、再構成画像においてストリーク（筋状）アーチファクトをもたらすことが分かった。

これらのアーチファクトを回避するために、本発明は、一様冗長重み付け関数を使用してスキャンの両方の回転パスの投影データを冗長重み付けし、１回目の回転パス及び２回目の回転パス中にＸ線ビームの焦点が通る円弧の和集合に基づいてこの冗長重み付け関数を決定することを提案する。より具体的には、冗長重み付け関数は、１回目の回転パス及び２回目の回転パス中にＸ線ビームの焦点が通る円弧の和集合の長さを表すパラメータに基づいて決定される。これらの円弧の和集合は、これらの円弧のうちの少なくとも１つに含まれる点からなる円弧を表すと理解されるべきである。したがって、冗長重み付け関数は、両方の回転パスにおいてＸ線ビームの焦点が通るフルの円弧に基づいて決定される。更に、一様冗長重み付け関数が使用されるということは、スキャンの１回目のパス及び２回目のパスで取得される冗長重み付け投影値に、同じ冗長重み付け関数が使用されることを意味する。

１回目の回転パス及び２回目の回転パスにおいてＸ線ビームの焦点が通る円弧の和集合の角度範囲はγ_１２と示され、γ_１２＝π＋２δ_Ｌ＋２ε_１２によって与えられる。この式において、δ_Ｌは、上述のように、検出器２に入射する非対称Ｘ線ビームの中心線とエッジ線との間のより大きい角度を示し、ε_１２は、両方の回転パスにおける角度範囲１８０°＋２δ_Ｌにわたる累積オーバーシュートを示す。この用語を使用し、また、上記の例示的な冗長重み付け関数ｗ_ｐを使用して、２パススキャンの１回目の回転パス及び２回目の回転パス中に取得された投影データの冗長重み付けに対する第１の冗長重み付け関数及び第２の冗長重み付け関数は、本発明の一実施形態では、ｗ_１＝ｗ_２＝ｗ_ｐ（α，β；γ_１２）と決定される。

図４に示す例では、１回目の回転パス及び２回目の回転パスにおいてＸ線ビームの集点が通る円弧の和集合は、点Ａ_１と点Ｂ_１との間の円弧に相当する。したがって、パラメータγ_１２の値は、点Ａ_１と点Ｂ_１との間の角距離に相当する。

再構成ユニット７は、上述の種類の冗長重み付け関数に基づいて画像を再構成するために、Ｘ線ビームの焦点が通る円弧の和集合に基づいて関数を決定する。具体的には、再構成ユニット７は、上述の通りに円弧の和集合によってカバーされる角度範囲に具体的には相当する円弧の和集合の長さを表す関連パラメータに基づいて関数を決定する。

一実施形態では、再構成ユニット７は、１回目の回転パス及び２回目の回転パスにおけるＸ線源１の実際の開始位置及び終了位置に基づいて、関連パラメータを決定する。これらの位置は、Ｘ線トモグラフィシステムに統合された適切な位置特定システムによって測定することができる。典型的には、Ｘ線トモグラフィシステムは、デフォルトでこのような位置特定システムが配置され、測定プロトコルにおいて、放射線測定が行われたＸ線源１の選択された位置又は全ての位置の記録を取る。この測定プロトコルは再構成ユニット７によって評価されて、関連パラメータが決定される。

しかし、このアプローチでは、冗長重み付け関数は、スキャンの完了後にしか決定することができない。これは、２回目の回転パスにおけるＸ線源の終了位置はスキャンの終わりにしか測定できないからである。したがって、画像再構成は、スキャンの完了後にしか開始することができない。

スキャン中から画像再構成を開始することができるようにするために、更なる実施形態では、再構成ユニット７は、再構成ユニット７内に予め記憶されている関連パラメータの値を使用する。この値は、１回目の回転パス及び２回目の回転パスにおいてＸ線源１の同じ公称開始位置及び終了位置を使用して評価されるスキャンと同じやり方で事前に実行される較正スキャンにおいて決定される。この較正スキャンでは、関連パラメータの値は、１回目の回転パス及び２回目の回転パスにおけるＸ線源１の測定された実際の開始位置及び終了位置に基づいて決定された後、再構成ユニット７に記憶される。Ｘ線源１の関連する公称位置と実際の位置との偏差は、較正スキャン及びそれ以降の任意のスキャンについても本質的に同じであると仮定されるので、パラメータの記憶される値は、評価されるスキャンにおけるパラメータの実際の値に正確に一致する。

代替実施形態では、再構成ユニット７は、評価されるスキャンの１回目の回転パス及び２回目の回転パスにおけるＸ線源１の公称開始位置及び終了位置に基づいて、パラメータの値を推定する。このために、再構成ユニット７は、公称位置からパラメータの値を計算し、適切な安全マージンを計算された値に追加する。安全マージンは、事前設定値であってよく、パラメータの推定値が、円弧の和集合の実際の長さよりも長い円弧の和集合の長さを表すように選択されることが好適である。更に、安全マージンは、パラメータの推定値が、円弧の和集合の実際の長さよりもそれほど長くない円弧の和集合の長さを表すように選択されることが好適である。このようにして、サンプリングされた各線について冗長重みを確実に計算することができ、これは少なくともほぼ正確である。

開示された実施形態の他の変形は、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求項に係る発明の実施において当業者によって理解され実現することができる。

請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除するものではない。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体上に記憶及び／又は分散されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介するといった他の形式で分配されてもよい。

請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 投影データに基づいた物体画像の偏心検出器Ｘ線トモグラフィ再構成のためのデバイスであって、
   前記投影データは、３６０°未満の２回の回転パスにおける前記物体の周りのＸ線源及び偏心検出器の回転中に、前記偏心検出器によって取得され、前記Ｘ線源は、焦点を有する発散Ｘ線ビームを生成し、前記焦点は、前記２回の回転パスにおいて重なり合う円弧に沿って移動し、前記偏心検出器は、前記発散Ｘ線ビームの中心線に対して非対称に配置され、検出器オフセットの方向が、前記２回の回転パス間で逆にされ、
   前記デバイスは、冗長重み付け関数を使用して、前記２回の回転パスの各回転パス中の投影値の冗長取得に関する前記投影データの冗長重み付けを行い、前記冗長重み付け関数は、前記円弧の和集合に基づいて決定される、デバイス。
2. 前記円弧の前記和集合の長さを表すパラメータに基づいて、前記冗長重み付け関数を決定する、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記パラメータは、前記Ｘ線源の公称位置について経験的に決定される前記パラメータの値に基づいて、１回目の回転パス及び２回目の回転パスの開始時及び終了時における前記Ｘ線源の前記公称位置に対して、前記デバイスに予め記憶されている、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記パラメータは、各回転パスの開始時及び終了時における前記Ｘ線源の測定位置に基づいて決定される、請求項２に記載のデバイス。
5. 実際の円弧の和集合以上である前記円弧の前記和集合の推定される長さを表す前記パラメータの推定値を使用する、請求項２に記載のデバイス。
6. 前記冗長重み付け関数は、パーカー重み付け関数に相当する、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記偏心検出器に入射する前記発散Ｘ線ビームは、エッジ線と中心線との間の第１の開口角と第２の開口角との和に相当する開口角を有し、前記発散Ｘ線ビームの前記焦点は、各回転パスにおいて、１８０°と大きい方の開口角の２倍との和以上である回転角だけ回転させられる、請求項１に記載のデバイス。
8. １回目の回転パス中の前記発散Ｘ線ビームの前記焦点の公称回転角と、２回目の回転パス中の前記発散Ｘ線ビームの前記焦点の公称回転角とは、互いに一致する、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記検出器オフセットは、１回目の回転パス中に第１の方向及び第１の大きさを有し、２回目の回転パス中に第２の方向及び第２の大きさを有し、前記第２の大きさは前記第１の大きさに一致し、前記第２の方向は前記第１の方向とは反対である、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記Ｘ線源は、１回目の回転パス中に第１の方向に回転させられ、２回目の回転パス中に第２の方向に回転させられ、前記第２の方向は前記第１の方向とは反対である、請求項１に記載のデバイス。
11. 前記２回目の回転パスの公称開始位置は、前記１回目の回転パスの公称終了位置に相当する、請求項１０に記載のデバイス。
12. 両方の回転パスにおける同じＸ線経路の投影値の取得に起因する冗長性に関する前記投影データの冗長重み付けを行う、請求項１に記載のデバイス。
13. 前記発散Ｘ線ビームは、ファンビーム又はコーンビームとして構成される、請求項１に記載のデバイス。
14. 投影データに基づいた物体画像の偏心検出器Ｘ線トモグラフィ再構成方法であって、
    前記投影データは、３６０°未満の２回の回転パスにおける前記物体の周りのＸ線源及び偏心検出器の回転中に、前記偏心検出器によって取得されるステップであって、前記Ｘ線源は、焦点を有する発散Ｘ線ビームを生成し、前記焦点は、前記２回の回転パスにおいて重なり合う円弧に沿って移動し、前記偏心検出器は、前記発散Ｘ線ビームの中心線に対して非対称に配置され、検出器オフセットの方向は、前記２回の回転パス間で逆にされる、取得されるステップと、
    冗長重み付け関数を使用して、前記２回の回転パスの各回転パス中の投影値の冗長取得に関する前記投影データの冗長重み付けを行うステップとを含み、前記冗長重み付け関数は、前記円弧の和集合に基づいて決定される、方法。
15. コンピュータ上で実行されると、前記コンピュータに請求項１４に記載の方法を実行させるプログラムコード手段を含む、偏心検出器Ｘ線トモグラフィ再構成のためのコンピュータプログラム。

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