JPH0696001B2 - 発散ビームを再配列する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、断層撮影法における発散ビーム（扇形放射
線）の利用を容易にするための発散ビームを再配列（re
arrange）する断層放射線撮影装置に関する。

＜従来の技術及び問題点＞ CTスキャスーのような医学用画像装置には、所望の断層
撮影をするため多数のプロセッサーが用いられている。
このような装置を設計する技師達は、望ましい断層撮影
を得るために必要な計算量を減少させ、しかも解像力が
良好でアーチファクトが最少限であり、高品質の画像を
うるようにするための方法及び手段を、常に探究してい
る。しかし設計者達は、必要な計算量と断層撮影の品質
との間に、常に妥協を余儀なくされている。

妥協の例は、例えば発散ビームを使用するCTスキャナー
に関する米国再発行特許第30947号及び米国特許第40754
92号に見られる。これらの特許は、発散放射線に関して
相当数の計算処理を行うかわりに、発散放射線を平行放
射線に処理する形の妥協的な解決をはかる。しかし、変
換処理により得られる放射線相互の間隔は不均一であ
る。不均一な間隔がある結果、アーチファクトの発生が
免れない。

このようなアーチファクトを除去するため、米国再発行
特許第30947号は、平行放射線を“再配置（repositio
n）”して均一な間隔を有するようにするため透映印画
（shadowgram）データすべてを内挿する方法を教示して
いる。この方法は、オリジナルの発散ビームに対して逆
投影再生が行われる場合に必要な計算量よりも、計算量
を少くすることを可能にした。

しかしながら、この方法ではなお多くの計算が必要であ
り、従って処理時間が長い。そのため、処理時間が短
く、しかもアーチファクトの少い画像を実現する装置が
待望されている。

＜発明の目的＞ 従って本発明は、計算量が少くし従って迅速に処理さ
れ、しかも得られる断層撮影画像がアーチファクトを含
まないように発散ビームからのデータを処理する装置を
提供することである。

＜目的達成の手段＞ 本発明装置はこのため、下記手段： ａ）検査すべき人体の一方側の上にある発生源手段から
上記人体を通して透過性放射線の発散ビームを照射する
手段； ｂ）上記発散ビームを上記人体に対して相対的に角度を
なすように配置する手段； ｃ）発散ビームが照射する上記角度の範囲内において異
なる角度に配置された多数の位置で上記人体を透過した
放射線を検出して、上記人体の異なる部分による放射線
の吸収を示すような異なる角度に配置された多数の位置
の透映印画を示す検出された放射線データの組を引き出
す手段； ｄ）上記検出された放射線データの組を発散投影に対応
するデータの組から平行投影に対応するデータの組に変
換（reorder）する手段であって、前記平行投影のサン
プル間の間隔が横方向へ不均一であること； ｅ）上記平行投影の横方向への不均一さにより通常引き
起こされるアーチファクトを補完するために、上記の平
行投影に対応するデータの組の少くとも一部分を再変換
（rebin）して、変換（reorder）されたデータの横方向
に不均一な間隔の反転となるように選ばれた横方向に不
均一な間隔をもつ平行投影の別の組を形成する手段； ｆ）前記の変換（reorder）された平行投影の別の組の
前記横方向に不均一な間隔が実質的にコサイン関数に従
うこと； ｇ）上記再変換（rebin）が、前記変換（reorder）され
た平行投影の上記横方向の間隔が上記の放射線データの
変換された平行投影の別の組の横方向の間隔の反転であ
るような負のコサイン関数に従うようにする手段； ｈ）アーチファクトを減少させた逆投影により断層撮影
画像を形成するために再変換（rebin）されない部分と
再変換（rebin）された部分を組合わせる手段； を含む。

本発明装置は、変換（reorder）された発散投影の一部
のみを再変換（rebin）すればよく、そのため計算量が
少くなり、しかもアーチファクトの少い画像が得られ
る。

＜実施例＞ 本発明のその他の特徴及び利点は、本発明を実現するた
めに必要な装置を示す図と関連する以下の説明から明ら
かとなろう。

第１図のCTスキャナ11において、典型的なファンビーム
源もしくは発散ビーム源が番号12で示される。

発散放射線ビーム13は、人体14を透過する。

このビームは、ビーム源12を移動することにより、人体
に対して相対的に角度を移動することができる。透映印
画（shadowgram）データは、この例において角度“シー
タ（θ）”で示す角度域で得られる。

好ましい実施態様では、人体を透過した放射線は、発散
ビーム13に対するビーム源12の角度“プサイ（ψ）”内
にあり、ビーム源12の角度方向へ間隔をおいて多数配列
された検出器16により検出される。しかし本発明の目的
のためには、この検出器の列は角度“プサイ（ψ）”に
限定される必要はない。このため、夫々の扇形ビーム投
影のために異なる数の検出器が使用されてもよい。

検出器は、人体の各部分毎に異なる放射線の吸収を示す
発散する角度方向へ間隔をおいた透映印画データの組を
引き出すために使用される。同様に扇形の頂点は、放射
線源であってもよく、また個々の検出器であってもよ
い。

検出された放射線データの組は、プレプロセッサ17で変
換（reorder）され、扇形ビーム投影を平行投影に変え
る。この変換（reorder）は、当業者には、よく知られ
た方法で行うことができる。変換（reorder）されたデ
ータは、平行放射線に対応するサンプルの投影をつくる
が、放射線相互の間隔が不均一である。好ましい実施態
様におる間隔は、一般に例えば第1A図に示すようなコサ
イン関数に従う。

プレプロセッサ17におけるデータは、アーチファクトを
減少させるために最小限の計算を行うことを含む処理を
加えられる。

プレプロセッサ17の詳細は、第２図、第３図及び第４図
に示されている。図示の如くフロントエンド検出装置18
から得られる発散透映印画データがブロック19に示され
るように先ず変換（reorder）されて、平行放射線の吸
収透映印画に対応する透映印画データの組となる。次い
でブロック21でアーチファクトを減少させるために再変
換（rebin）作業がこの投影データについて行われる。

再変換（rebin）されたデータは、図示の如くフィルタ
ー手段22aによりフィルター処理が施される。フィルタ
ー手段22a,22bは、第２図及び第３図に示されるような
二つのユニットでなく、一つのユニットであってもよ
い。

再変換（rebin）されてフィルター処理したデータと、
再変換（rebin）されずにフィルター処理したデータ
は、逆投影手段23a,23bにより別々に逆投影され、ディ
スプレイ装置24で“平均化（averaged）”された画像を
生ずる。逆投影手段23a,23bは、第２図及び第３図に示
す二つのユニットでなく、一つのユニットであってもよ
い。

第２図の実施態様において再変換（rebin）手段21は、
横方向へ不均一な間隔を有するデータを生成するような
すべてのデータを処理し、線26で示されるオリジナルの
データと作用させて、不均一間隔により通常生ずるアー
チファクトを消去する。従って、オリジナルのデータの
横方向への間隔がコサイン関数である場合には、再変換
（rebin）されたデータの横方向への間隔は“負（negat
ive）”コサイン関数となる。コサイン関数及び負（neg
ative）のコサイン関数は第５図に示されている。

第３図の実施態様では、データの一部のみが再変換（re
bin）される。変換（reorder）手段19から到達する例え
ば、線27の偶数の平行投影が再変換（rebin）される一
方、線28の奇数の平行投影が不均一な間隔で残る。

再変換（rebin）されたデータと、再変換（rebin）され
ていないデータの双方がフィルター手段22a,22bでフィ
ルター処理され、逆投影手段23a,23bを使用し、ディス
プレイ手段24上に画像再生を得る。

第４図の実施態様では、プレプロセッサ17はデータを変
換（reorder）して発散投影から平行投影を得る。次に
個別な透映印画が更に処理される。詳しくいうと、個別
な透映印画からの個別サンプル36が再び更に再変換（re
bin）され、アーチファクトを最少にする。

ある実施態様においては、検出器からの個別サンプル36
は二つの組37,38に小区分される。

一方の小組は39で再変換（rebin）され、第３図の再変
換（rebin）法に類似した方法で再変換（rebin）しない
組の“反転（reflection）”となる。

第５図は、コサイン関数による再変換（rebin）されな
いデータの間隔が番号31で示され、また再変換（rebi
n）されたデータの間隔を番号32によりコサイン関数の
“反転（reflection）”として示す。その結果としてプ
レプロセッサ17による処理段階における計算は僅かです
み、比較的アーチファクトのない画像再生が得られる。

公知技術における再配列（rearrange）アルゴリズム
は、二つの段階、即ち変換（reorder）と再変換（rebi
n）に区別することができる。変換（reorder）段階で
は、横方向へ不均一な間隔のサンプルを含む平行投影が
生ずる。この段階で得られたデータからの断層撮影の画
像再生では、低周波数誤差項（low−frequency error
term）を含む画像を生ずる。再変換（rebin）段階で
は、夫々の平行投影におけるサンプルを処理して横方向
へ均等な横間隔の平行投影が得られるようにする。この
投影の組により得られる画像再生は低周波数誤差項がな
い。

公知技術である先述の米国再発行特許第30947号にまさ
る改善は、次のように示すことができよう。再変換（re
bin）されていないデータのサンプリング間隔を考えて
みる。第１図において発散扇形の頂点であって走査原点
を通る直線を“中心線”と呼ぶことにする。線15を発生
源と検出器を結ぶ放射線であるとする。“a"がこの“中
心線”に対するこの放射線の角度であるとする。“R"は
発生源からの距離であるとし、また“O"は走査装置から
扇形頂点までの距離であるとする。“t"が“O"から線15
までの垂直距離であるとしよう。すると下記式が得られ
る。

ｔ＝Ｒ×sin（ａ） ． （式１） 実際の装置においては、一定の数の別々の放射線が存在
する。“N"本の放射線があるとする。

それぞれの放射線の角度は、“ａ（ｉ）”であらわさ
れ、ここでｉ＝１、２、…Ｎである。好ましい実施態様
においては、隣接する放射線の間の角度は一定である。
従って： ａ（ｉ＋１）−ａ（ｉ）＝d_a, （式２） ここで“d_a"は、定数である（関数ではない）。変換
（reorder）された後に得られる平行投影サンプルは、
下記の式で表される位置に位置している： ｔ（ｉ）＝Ｒ×sin（ａ（ｉ）） ， （式３） ここで我々は、この例のために発生源の相互間の位置は
また“d_a"で与えられると考えた。平行投影における隣
接サンプルの間隔“d_t（ｉ）”は、下記式で与えられ
る： d_t（ｉ）＝ｔ（ｉ＋１）−ｔ（ｉ） ． （式４） “d_t（ｉ）”は、式（２）及び式（３）を式（４）に
代入することにより得られる。その結果は、次の通りで
ある： d_t（ｉ）＝Ｒ×［sin（ａ（ｉ＋１））−sin（ａ
（ｉ））］ ＝Ｒ×［sin（ａ（ｉ）＋d_a）−sin（ａ
（ｉ））］ ＝Ｒ×［sin（ａ（ｉ））×cos（d_a） ＋cos（ａ（ｉ））×sin（d_a） −sin（ａ（ｉ））］ ＝Ｒ×d_a×cos（ａ（ｉ）） （式５） ここで“d_a"は、十分に小さいから： cos（d_a）＝１ そして sin（d_a）＝s_a ． この再配列（rearrange）法が再変換（rebin）の段階な
しで行われる場合には、上記（式５）のコサイン項（te
rm）は、得られる断層Ｘ線図における先述低周波数誤差
項（low−frequency error term）を導く。低周波数
誤差項は、断層撮影画像においてよく知られたカッピン
グ（cupping）アーチファクトを招く。

本発明による上述の新しい再変換（rebin）もまた横方
向への不均一な間隔による平行投影を結果する。再変換
（rebin）されないデータの組における隣接サンプル間
の距離が“d_t（ｉ）".で与えられるとする。“d_t′
（ｉ）”、即ち再変換（rebin）されたデータの組にお
けるサンプル間の距離がオリジナルのサンプル間距離の
“反転（reflection）”或いは、“負（negative）”で
与えられる場合を考える。すると： d_t′（ｉ）＝ｃ−d_t（ｉ） ， （式６） となり、式中“c"は、再変換（rebin）をしたデータ及
び再変換（rebin）しないデータの平均的なサンプル間
距離が、ほぼ等しいように選ばれた定数である。

この新しい再変換（rebin）法が平行投影のすべてに適
用される場合、別の形態の低周波数誤差項を有する画像
が得られる。この誤差もまたカッピングアーチファクト
となるが、しかし、オリジナルのカッピングアーチファ
クトと逆転している。そこで相互に逆転したアーチファ
クトを有する二つの画像を平均化させることによりアー
チファクトは消去され、カッピングアーチファクトのな
い画像が得られる。しかしながらここに呈示されるよう
にこの方法は比較的遅い。上述の方法は、より早いアル
ゴリズムが得られるように速めることができる。

このより早い方法は次の段階を含む： イ．横方向へ不均一な間隔を有する平行投影を得るよう
にするため発散扇形ビームデータを変換（reorder）
し； ロ．平行投影を二つの組に区分し、一組が偶数投影のす
べてを含むものとし他方の組が奇数の投影をすべてを含
むものとし； ハ．一方の投影の組のみを再変換（rebin）して、サン
プルの間隔が（式６）で与えられるようにし； ニ．投影のすべてをフィルター処理し； ホ．フィルター処理された投影のすべてを逆投影し；そ
して ヘ．得られた画像をディスプレイ上に表示する。

上述方法において、前記ハ．の段階は公知技術における
同等の段階より二倍早い。前記ロ．の段階は無視し得る
時間であるから、この新しい方法は公知技術における方
法よりも二倍早い。

上述の発明は、上記６段階の段階変更及び順列を加える
ことによっても実施できる。例えば小区分された組の夫
々に対して別々のフィルターを使用することができる。
また別々の組の“平均化（averaging）”は、フィルタ
ー処理を施した小区分された組を別々に逆投影すること
によっても行える。

上述６段階の変更例は、前記ハ．及びニ．の段階の代わ
りに、夫々の平行投影を、（式５）及び（式６）により
交互に与えられる距離に再変換（rebin）する段階でお
きかえてもよい。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、変換された発散投影の一部のみを再変
換（rebin）すればよく、そのため計算量が少くなり、
しかもアーチファクトの少い画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための発散放射線源を有する
CTスキャナを示すブロック図、第1A図は変換後の平行投
影の間の間隔を示すダイヤグラム、第２図、第３図及び
第４図はそれぞれ第１図のブロック図の詳細を示すそれ
ぞれ別の実施態様におけるブロック図、第５図は本発明
の好ましい実態態様における再変換の結果を示す図であ
る。 11…CTスキャナ、12…放射線発生源 13…発散放射線ビーム、14…人体 16…検出器、19…変換手段 21…再変換手段、22…フィルター手段 23…逆投影手段

フロントページの続き (72)発明者 カ−ル・クロフオ−ド アメリカ合衆国53211ウイスコンシン・ミ ルウキ−・エイ・ピ−・テイ202イ−ス ト・シヨ−ウツド1818

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アーチファクトを最少限にする断層撮影画
   像を得るため、発散ビームから得られるデータを再配列
   し、しかも迅速な処理を可能にする装置において、下記
   手段： ａ）検査すべき人体の一方側の上にある発生源手段から
   上記人体を通して透過性放射線の発散ビームを照射する
   手段； ｂ）上記発散ビームを上記人体に対して相対的に角度を
   なすように配置する手段； ｃ）発散ビームが照射する上記角度の範囲内において異
   なる角度に配置された多数の位置で上記人体を透過した
   放射線を検出して、上記人体の異なる部分による放射線
   の吸収を示すような異なる角度に配置された多数の位置
   の透映印画を示す検出された放射線データの組を引き出
   す手段； ｄ）上記検出された放射線データの組を発散投影に対応
   するデータの組から平行投影に対応するデータの組に変
   換する手段であって、前記平行投影のサンプル間の間隔
   が横方向へ不均一であること； ｅ）上記平行投影の横方向への不均一さにより通常引き
   起こされるアーチファクトを補完するために、上記の平
   行投影に対応するデータの組の少くとも一部分を再変換
   して、変換されたデータの横方向に不均一な間隔の反転
   となるように選ばれた横方向に不均一な間隔をもつ平行
   投影の別の組を形成する手段； ｆ）前記の変換された平行投影の別の組の前記横方向に
   不均一な間隔が実質的にコサイン関数に従うこと； ｇ）上記再変換が、前記変換された平行投影の上記横方
   向の間隔が上記の放射線データの変換された平行投影の
   別の組の横方向の間隔の反転であるような負のコサイン
   関数に従うようにする手段； ｈ）アーチファクトを減少させた逆投影により断層撮影
   画像を形成するために再変換されない部分と再変換され
   た部分を組合わせる手段； とからなる装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、 ａ）前記平行投影に対応する組のすべてを再変換して、
   別の平行投影の組を形成する手段であって、平行投影の
   横方向へ不均一な間隔により通常生じるアーチファクト
   を補完するために選択された横方向の配置と共に、横方
   向へ不均一となっている平行投影の別の組を形成させる
   手段； ｂ）再変換された平行投影を前記別の組の平行投影と逆
   投影で組合わせて断層撮影画像を形成する手段； と含んでなる装置。
3. 【請求項３】逆投影する前にフィルター処理を行うため
   の手段を含む特許請求の範囲第１または２項記載の装
   置。
4. 【請求項４】前記フィルター手段が、平行投影の再変換
   された一部分の組と、再変換されない部分の組を別々に
   フィルター処理する特許請求の範囲第３項記載の装置。
5. 【請求項５】再変換されてフィルター処理した平行投影
   と、再変換されずにフィルター処理した平行投影を逆投
   影で組合わせる手段を含む特許請求の範囲第３項記載の
   装置。
6. 【請求項６】個別の平行投影のサンプルを再変換する手
   段を含む特許請求の範囲第１項記載の装置。
7. 【請求項７】夫々の平行投影を再変換して平行投影にお
   けるサンプルの横方向への間隔を下記式； d_t（ｉ）＝Ｒ×d_a×cos（ａ（ｉ））か、もしくは d_t（ｉ）＝ｃ−［Ｒ×d_a×cos（ａ（ｉ））］ のいずれかによって与えられるようにした特許請求の範
   囲第６項記載の装置。
8. 【請求項８】特許請求の範囲第６または７項記載の装置
   において、 ａ）前記平行投影に対応する組のすべてを再変換して、
   平行投影の横方向へ不均一な間隔により通常生じるアー
   チファクトを補完するために選択された横方向の配置と
   共に、横方向へ不均一となっている平行投影の組を形成
   させる手段； ｂ）再変換された平行投影を逆投影で組合わせて断層撮
   影画像を形成する手段； と含んでなる装置。
9. 【請求項９】逆投影する前にフィルター処理を行うため
   の手段を含む特許請求の範囲第67または８項記載の装
   置。