JPH0998968A - 物体の断層写真像を作成する方法及び装置 - Google Patents
物体の断層写真像を作成する方法及び装置Info
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Abstract
と共に、品質の高い像スライスを発生することができる
物体の断層写真像を作成する方法及び装置を提供する。 【解決手段】 本発明の一形式では、4ビーム螺旋走査
によって得られたデータを用いて、像の再生を行う装置
を提供する。像を再生するときに、投影データ配列54
A〜54Dを発生する。次に、投影データ配列54A〜
54Dに加重係数を加重して、加重投影データ配列60
A〜60Dを発生する。加重投影データ配列60A〜6
0Dをフィルタ作用及び逆投影62A〜62Dにかけ
て、像データ配列64A〜64Dを発生する。その後、
ビームに対する像データ配列を加算66して、スライス
像データ配列68を発生する。
Description
写真(CT)作像に関し、更に具体的に言えば、4つの
扇形ビームを用いた螺旋走査から収集されたデータから
の像の再生に関する。
を投射し、この扇形ビームは、「作像平面」と呼ばれる
直角座標系のX−Y平面内に来るようにコリメートされ
る。X線ビームは患者のような作像されるべき物体を通
過し、放射線検出器の線形配列に入射する。透過した放
射線の強度は、物体によるX線ビームの減衰に関係す
る。線形配列の各々の検出器は、ビームの減衰量の測定
値である別々の電気信号を発生する。すべての検出器か
らの減衰測定値を別々に収集して、透過輪郭を形成す
る。
は、ガントリと共に作像平面内で物体の周りを回転し、
X線ビームが物体と交わる角度が絶えず変化するように
する。1つのガントリ角度における検出器配列からの一
群のX線減衰測定値が、「ビュー(図)」と呼ばれる。
物体の「走査(スキャン)」は、X線源及び検出器が1
回転する間の相異なるガントリ角度で求められた1組の
ビューで構成される。軸方向走査では、物体を通るよう
に切られた2次元スライスに対応する像を構成するよう
にデータが処理される。1組のデータから像を再生する
1つの方法が、この分野ではフィルタ付き逆投影(バッ
ク・プロジェクション)方式と呼ばれている。この方法
は、走査からの減衰測定値を「CT数」又は「ハウンズ
フィールド単位」と呼ばれる整数に変換し、このような
整数を用いて、陰極線管表示装置における対応する画素
の輝度を制御する。
縮するために、「螺旋(ヘリカル)」走査を実施するこ
とができる。「螺旋」走査を実施するためには、所定数
のスライスに対するデータを収集する間に、患者を移動
させる。4ビーム螺旋走査を用いて、合計走査時間を更
に短縮することができる。このような走査は、4列の検
出器が相異なる軸方向の位置における投影測定値を同時
に収集するCTシステムを利用して行われる。4つの検
出器列は4つの扇形ビームを画定する。このようなシス
テムは、普通の扇形ビーム1つの螺旋走査からの単一の
螺旋とは対照的に、互いに織り込まれた四重の螺旋を発
生する。4つの扇形ビームによって写像(マップ)され
た互いに織り込まれた螺旋が、投影データを発生し、こ
の投影データから各々の所定のスライス内の像を再生す
ることができる。
から、アーティファクトを最低レベルにして品質の高い
像が得られるような形で像を再生することが望ましい。
このような像を再生するのに要する合計時間を短縮する
ことも望ましい。
によって得られたデータを用いて、像の再生を実行する
装置を提供する。更に具体的に言うと、本発明の一形式
によれば、各々の扇形ビームによって収集された投影デ
ータから、投影空間データ配列が選択される。次に、各
々の配列内のデータに加重して、患者の並進運動を補正
し、データ冗長効果を打ち消す。その後、加重データを
用いて像を再生する。
に、投影データ配列を発生する。投影データ配列は、作
像されるべきスライスに関連したデータ平面に対応す
る。次に、データ配列に加重係数を適用して、各々の特
定のデータ要素に重みを割り当てる。この後、加重投影
データ配列をフィルタ作用にかけて逆投影し、像データ
配列を発生する。その後、像データ配列を加算して、ス
ライス像データ配列を発生する。
の患者走査時間が短くなるという利点がある。更に、上
に述べた像再生アルゴリズムにより、患者テーブル並進
速度が高くなっても、品質の高い像スライスを発生する
ことができるという利点が得られる。
層写真(CT)作像システム10が、「第三世代」CT
スキャナを代表するガントリ12を含んでいる。ガント
リ12はX線源14を有しており、X線源14は、ガン
トリ12の反対側にある検出器配列18に向かってX線
ビーム16を投射する。検出器配列18は検出器素子2
0によって形成されており、これらの検出器素子は、医
療の患者22を通過する投射されたX線を一緒に感知す
る。検出器素子20の各々は、入射するX線ビームの強
度、従って患者22を通過するときのビームの減衰を表
す電気信号を発生する。X線投影データを収集する走査
の間に、ガントリ12及びその上に取り付けられた部品
が回転中心24の周りを回転する。
は、CTシステム10の制御機構26によって制御され
る。制御機構26は、X線源14に対する電力及びタイ
ミング信号を供給するX線制御装置28と、ガントリ1
2の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御
装置30とを含んでいる。制御機構26にあるデータ収
集システム(DAS)32が、検出器素子20からのア
ナログ・データをサンプリングし、この後の処理のため
に、このデータをディジタル信号に変換する。像再生装
置34が、DAS32からサンプリングされてディジタ
ル化されたX線データを受け取り、高速の像再生を行
う。再生された像はコンピュータ36に対する入力とし
て印加され、このコンピュータは、大容量記憶装置38
に像を記憶する。
ているコンソール40を介して、オペレータからの指令
及び走査パラメータを受け取る。関連した陰極線管表示
装置42が、オペレータが再生された像及びコンピュー
タ36からのその他のデータを観察することができるよ
うにする。オペレータから供給された指令及びパラメー
タはコンピュータ36で用いられて、DAS32、X線
制御装置28及びガントリ・モータ制御装置30に対す
る制御信号及び情報を供給する。更に、コンピュータ3
6は、ガントリ12内で患者22を位置決めするために
モータ式テーブル46を制御するテーブル・モータ制御
装置44を動作させる。特に、テーブル46は患者22
の一部をガントリ開口48内に通す。
ムでは4列の検出器が画定されている。X線扇形ビーム
は、事実上、回転のZ軸に沿って変位した4つの扇形ビ
ームに分割される。隣接したビームの中心の間の距離
は、ガントリの回転軸線の所で測定したときに、Dであ
る。像再生装置34は図4に更に詳しく示されている。
具体的に言うと、各々の扇形ビームに対するDAS32
からのデータの各々のビューをそれぞれの前処理装置5
2A〜52Dで受け取り、そこで、それぞれのビーム
は、ビーム硬化、検出器及びチャンネル利得のオフセッ
ト及び変動のような周知の種々の誤差を補正するために
前処理される。更に、負の対数を求めて投影データと
し、この投影データは投影データ配列54A〜54Dに
記憶される。
ータを読み出し、対応する加重関数56A〜56Dが掛
算器58A〜58Dで適用される。加重投影データは、
加重投影データ配列60A〜60D内の対応する位置に
書き込まれ、この加重投影データをフィルタ作用及び逆
投影にかけて(62A〜62D)、ビーム像データ配列
64A〜64Dを発生する。
照番号66の所で加算して、スライス像データ配列68
を発生する。具体的に言うと、ビーム1の配列にある各
々の画素の大きさを、ビーム2の配列、ビーム3の配列
及びビーム4の配列にある対応する画素の大きさと加算
する。その結果得られたスライス像配列68は、後で用
いるために記憶され、又はオペレータに対して表示され
得る。像データ配列64A〜64Dを発生した後にデー
タを加算する代わりに、同じガントリ(ビュー)角度で
あるが、異なる検出器列からの投影を、データのフィル
タ作用及び逆投影の前に組み合わせることができる。こ
のような組み合わせは、処理の負担を軽減させる。
で4ビーム走査が実行されたときに、加重投影データ配
列60A〜60Dを発生することに特に関連する。以下
の説明では、dはガントリの回転軸線の所で測定された
検出器列(Z方向)の間隔を表し、sは(1回転当たり
の)テーブル送り速度を表し、pはdとsとの比を表
す。即ち、 p=d/s (1) 図5に示すように、データ平面P1 、P2 、P3 及びP
4 が、再生しようとするスライスPと線L1 M1 、L2
M2 、L3 M3 及びL4 M4 で交わっている。これらの
線の関数は、次のように表すことができる。
M2 、L3 M3 及びL4M4 は、下に示すように+及び
−の組で表す「鏡像(ミラー)」線を有している。
dが、式(4π/(π−2γm ))d<s<(6π/
(π−2γm ))dの関係を満たすときに(ここで、γ
m は扇形角度の半分と定義する。)、W1(β,γ)、
W2(β,γ)、W3(β,γ)及びW4(β,γ)で
表す各々のデータの組に適用されるべき螺旋加重係数
は、次のようになる。
及び図7に示されている。図7の陰影線を施した区域
は、像スライスを再生するために用いられる各々のデー
タ平面からのデータを表す。扇形角度2γm =π/4の
ときに、この像再生アルゴリズムの作用し得る範囲は、
16/3d<s<8dである。
連続している。しかしながら、この各々の式の1次微分
は境界線で不連続である。必要であれば、境界にわたっ
て数チャンネル(〜10チャンネル)にフェザリングを
施すことによって、この不連続性を除去することができ
る。一旦加重して加重投影データ配列60A〜60Dを
作成したら、処理時間を短縮するために、フィルタ作用
及び逆投影の前に、同じガントリ(ビュー)角度である
が、異なる検出器列からの投影を組み合わせることがで
きる。データ列1にある投影ビューは、データ列4にあ
る対応する投影ビューから360°離れている。これら
のビューの対をフィルタ作用の前に更に組み合わせて、
処理負担の不必要な増加を除くことができる。
と、概略的に、1つのスライスを再生するために3.6
7π相当の投影データを前処理する必要がある。従来の
走査(軸方向及び螺旋の両方)で像を再生するのに必要
なデータ量に比べると、4ビーム螺旋走査では、前処理
の負担が1.8倍に増加する。隣接するスライスを再生
するのに必要な投影データは、ビューの角度βの原点を
垂直にずらして、再生しようとする新しいスライスと整
合させることにより確認することができる。大抵の場
合、各々のデータの組にある1つのスライスに対するデ
ータと、隣接するスライスに対するデータとの間にはか
なりの重なりがある。加重する前には、前処理はスライ
スの位置には関係しない。このため、(螺旋加重をしな
い)前処理の結果を、将来再び用いるためにバッファに
記憶することができる。これにより、大抵の場合には、
前処理の負担が大幅に軽減される。遡及形の再生では特
に、前処理の負担が大幅に軽減される。
及び再生アルゴリズムによって形成される輪郭よりも一
層厚手である場合には、所望のスライス輪郭内にある多
数の薄いスライスを加算することにより、一層厚手のス
ライスを導き出すことができる。多数の薄いスライス自
体に関心がない場合には、多数の薄いスライスを再生す
る中間工程を側路して、投影領域の早い段階で、対応す
る加算を実行することができる。こうすると、計算の負
担及び像を記憶する負担が減少する。このときの加重関
数は、データ平面を対応してずらしたものを加算するこ
とにより導き出すことができる。
明したところから、本発明の目的が達成されたことは明
らかである。本発明を詳細に説明すると共に図面に例示
したが、これは例示に過ぎず、本発明を制約するものと
解してはならないことは言うまでもない。例えば、ここ
で説明したCTシステムは、X線源及び検出器の両方が
ガントリと共に回転する「第三世代」システムである。
検出器が完全リングの不動の検出器であって、X線源の
みがガントリと共に回転する「第四世代」システムを含
めて、他の多くのCTシステムを用いることができる。
従って、本発明の要旨は、特許請求の範囲のみによって
限定されることを承知されたい。
る。
像再生装置のブロック図である。
図である。
る。
れたデータ領域及び4つのデータ平面を示す図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 螺旋走査で収集された投影データから物
体の断層写真像を作成する方法であって、 (a) 各々のX線扇形ビームから得られたデータに対
応する投影データ配列を発生する工程と、 (b) 工程(a)で発生された前記投影データ配列の
各々に加重関数を適用して、それぞれの加重投影データ
配列を発生する工程であって、各々のデータの組に適応
される加重係数は、W1(β,γ)、W2(β,γ)、
W3(β,γ)及びW4(β,γ)として表すと、β≦
β3- のとき、 W1(β,γ)=0 β3- <β≦β1のとき、W1(β,γ)=(1/2)
・(β−β3)/(β1−β3- ) β1<β<β2- のとき、W1(β,γ)=(1/2)
・(β−β2)/(β1−β2) β≧β2のとき、 W1(β,γ)=0 β≦β3- のとき、 W2(β,γ)=0 β3- <β≦β2のとき、W2(β,γ)=w2
1 (β,γ)+w22 (β,γ) β2<β<β3のとき、 W2(β,γ)=(β−β
3)/(β2−β3) β≧β3のとき、 W2(β,γ)=0ここで、 β≦β1のとき、 w21 (β,γ)=0 β1<β≦β2のとき、 w21 (β,γ)=(1/
2)・(β−β1)/(β2−β1) β≧β2のとき、 w21 (β,γ)=0 β≦β4- のとき、 w22(β,γ)=0 β4- <β≦β2のとき、w22 (β,γ)=(1/
2)・(β−β4- )/(β2−β4-) β>β2のとき、 w22 (β,γ)=0 β≦β2のとき、 W3(β,γ)=0 β2<β<β3のとき、 W3(β,γ)=(β−β
3)/(β2−β3) β3≦β<β2+ のとき、W3(β,γ)=w3
1 (β,γ)+w32 (β,γ) β≧β2+ のとき、 W3(β,γ)=0 ここで、 β<β3のとき、 w31 (β,γ)=0 β3≦β<β1+ のとき、w31 (β,γ)=(1/
2)・(β−β1+ )/(β3−β1+ ) β≧β1+ のとき、 w31 (β,γ)=0 β<β3のとき、 w32 (β,γ)=0 β3≦β<β4のとき、 w32 (β,γ)=(1/
2)・(β−β4)/(β3−β4) β≧β4のとき、 w32 (β,γ)=0 β≦β3のとき、 W4(β,γ)=0 β3<β≦β4のとき、 W4(β,γ)=(1/2)
・(β−β3)/(β4−β3) β4<β<β2+ のとき、W4(β,γ)=(1/2)
・(β−β2+ )/(β4−β2+ ) β≧β2+ のとき、 W4(β,γ)=0である、
加重投影データ配列を発生する工程と、 (c) 工程(b)で発生された投影データ配列から、
スライス像を構成するために用いられる像データ配列を
発生する工程とを備えた物体の断層写真像を作成する方
法。 - 【請求項2】 前記像データ配列を発生する工程は、各
々の加重投影データ配列にフィルタ作用及び逆投影を行
う工程を含んでいる請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 フィルタ作用及び逆投影を行う前に、同
じガントリ角度であるが、相異なる検出器列からのデー
タ配列が組み合わされる請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 第1のデータ列にある投影ビューが第4
のデータ列にある投影ビューから360°である場合、
フィルタ作用及び逆投影を行う前に、これらのビューを
組み合わせる請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 前記投影データ配列の各々に加重関数を
適用する前に、該データを相次ぐスライスを再生するた
めのシステム・メモリに記憶する請求項2に記載の方
法。 - 【請求項6】 所望のスライス輪郭がデータ配列によっ
て形成される輪郭よりも一層厚手である場合に、所望の
スライス輪郭内にある多数の薄いスライスが加算される
請求項2に記載の方法。 - 【請求項7】 螺旋走査で収集された投影データから物
体の断層写真像を作成する装置であって、 各々のX線扇形ビームから得られたデータに対応する投
影データ配列を発生する手段と、 該投影データ配列を発生する手段により発生された前記
投影データ配列の各々に加重関数を適用して、それぞれ
の加重投影データ配列を発生する手段であって、各々の
データの組に適用される加重関数は、W1(β,γ)、
W2(β,γ)、W3(β,γ)及びW4(β,γ)と
して表すと、β≦β3- のとき、 W1(β,γ)
=0 β3- <β≦β1のとき、W1(β,γ)=(1/2)
・(β−β3)/(β1−β3- ) β1<β<β2- のとき、W1(β,γ)=(1/2)
・(β−β2)/(β1−β2) β≧β2のとき、 W1(β,γ)=0 β≦β3- のとき、 W2(β,γ)=0 β3- <β≦β2のとき、W2(β,γ)=w2
1 (β,γ)+w22 (β,γ) β2<β<β3のとき、 W2(β,γ)=(β−β
3)/(β2−β3) β≧β3のとき、 W2(β,γ)=0 ここで、 β≦β1のとき、 w21 (β,γ)=0 β1<β≦β2のとき、 w21 (β,γ)=(1/
2)・(β−β1)/(β2−β1) β≧β2のとき、 w21 (β,γ)=0 β≦β4- のとき、 w22(β,γ)=0 β4- <β≦β2のとき、w22 (β,γ)=(1/
2)・(β−β4- )/(β2−β4-) β>β2のとき、 w22 (β,γ)=0 β≦β2のとき、 W3(β,γ)=0 β2<β<β3のとき、 W3(β,γ)=(β−β
3)/(β2−β3) β3≦β<β2+ のとき、W3(β,γ)=w3
1 (β,γ)+w32 (β,γ) β≧β2+ のとき、 W3(β,γ)=0 ここで、 β<β3のとき、 w31 (β,γ)=0 β3≦β<β1+ のとき、w31 (β,γ)=(1/
2)・(β−β1+ )/(β3−β1+ ) β≧β1+ のとき、 w31 (β,γ)=0 β<β3のとき、 w32 (β,γ)=0 β3≦β<β4のとき、 w32 (β,γ)=(1/
2)・(β−β4)/(β3−β4) β≧β4のとき、 w32 (β,γ)=0 β≦β3のとき、 W4(β,γ)=0 β3<β≦β4のとき、 W4(β,γ)=(1/2)
・(β−β3)/(β4−β3) β4<β<β2+ のとき、W4(β,γ)=(1/2)
・(β−β2+ )/(β4−β2+ ) β≧β2+ のとき、 W4(β,γ)=0 である、加重投影データ配列を発生する手段と、 該投影データ配列からスライス像を構成する手段とを備
えた物体の断層写真像を作成する装置。 - 【請求項8】 前記像データ配列を発生する手段は、各
々の加重投影データ配列にフィルタ作用及び逆投影を行
う手段を含んでいる請求項7に記載の装置。 - 【請求項9】 所望のスライス輪郭内にある多数の薄い
スライスを加算する手段を更に含んでいる請求項7に記
載の装置。
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