(57)【要約】  例えば心臓コーンビームＣＴでは、線源の経路は、投影データがゲートされるために断続的になる。本発明は、このようなゲートされたデータ組から連続的な線源の軌道に対応する投影データを得る方法を提供する。そのために動き補償を適用する。完全なデータ組を決定して近似的または正確な再構成方法をイメージ生成のために断続的でない完全なデータ組に適用可能にするのが有利である。
2007530126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲートされた投影データ組から投影データを再構成する方法において、
前記ゲートされた投影データ組を収集するステップであって、前記ゲートされた投影データ組を収集するのに用いる線源の軌道がゲーティングにより少なくとも１つのギャップを有する投影データ組収集ステップと、
前記少なくとも１つのギャップに対応する新規な投影データを決定するステップと、
前記新規な投影データで前記ゲートされた投影データを補完して、前記線源の軌道の前記少なくとも１つのギャップを補償するステップと、
を具えている、ゲートされた投影データ組から投影データを再構成する方法。
【請求項２】
前記ゲートされた投影データから、コーンビームコンピュータ断層撮影再構成（ＣＢＣＴ）技法を用いて４次元イメージデータを再構成するステップをさらに具えている、請求項１に記載の再構成方法。
【請求項３】
前記４次元イメージデータ組から、関連の対象物の動きを記述する４次元ベクトルフィールドを決定するステップと、
前記４次元ベクトルフィールドを用いて前記ゲートされた投影データ組の動き補償を実行するステップと、
をさらに具えている、請求項２に記載の再構成方法。
【請求項４】
前記動き補償された３次元イメージのボリュームに基づいて前記新規な投影データを決定するステップをさらに具えている、請求項３に記載の再構成方法。
【請求項５】
前記新規な投影データが補完された３次元データ組である前記ゲートされた投影データから前記投影データを再構成するステップをさらに具えている、請求項１に記載の再構成方法。
【請求項６】
ゲートされた投影データ組を蓄積するメモリと、
ゲートされた投影データ組から投影データを再構成するプロセサとを具え、該プロセサが、
前記ゲートされた投影データ組を収集する動作であって、前記ゲートされた投影データ組を収集するのに用いる線源の軌道がゲーティングにより少なくとも１つのギャップを有する投影データ組収集動作と、
前記少なくとも１つのギャップに対応する新規な投影データを決定する動作と、
前記新規な投影データで前記ゲートされた投影データを補完して、前記線源の軌道の前記少なくとも１つのギャップを補償する動作と、
を実行するように構成されているイメージ処理デバイス。
【請求項７】
前記ゲートされた投影データから、コーンビームコンピュータ断層撮影再構成（ＣＢＣＴ）技法を用いて４次元イメージデータ組を再構成する動作と、
前記４次元イメージデータ組から、関連の対象物の動きを記述する４次元ベクトルフィールドを決定する動作と、
前記４次元ベクトルフィールドを用いて、３次元データ組である前記ゲートされた投影データ組の動き補償を実行する動作と、
前記動き補償された３次元イメージのボリュームに基づいて前記新規な投影データを決定する動作と、
を実行するように前記プロセサをさらに適合させた、請求項６に記載のイメージ処理デバイス。
【請求項８】
ゲートされた投影データ組を蓄積するメモリと、
ゲートされた投影データ組から投影データを再構成するプロセサとを具え、該プロセサが、
前記ゲートされた投影データ組を収集する動作であって、前記ゲートされた投影データ組を収集するのに用いる線源の軌道がゲーティングにより少なくとも１つのギャップを有する投影データ組収集動作と、
前記少なくとも１つのギャップに対応する新規な投影データを決定する動作と、
前記新規な投影データで前記ゲートされた投影データを補完して、前記線源の軌道の前記少なくとも１つのギャップを補償する動作と、
を実行するように構成されているコンピュータ断層撮影装置。
【請求項９】
ゲートされた投影データ組から投影データを再構成するためのコンピュータプログラムであって、
前記ゲートされた投影データ組を収集する動作であって、前記ゲートされた投影データ組を収集するのに用いる線源の軌道がゲーティングにより少なくとも１つのギャップを有する投影データ組収集動作と、
前記少なくとも１つのギャップに対応する新規な投影データを決定する動作と、
前記新規な投影データで前記ゲートされた投影データを補完して、前記線源の軌道の前記少なくとも１つのギャップを補償する動作と、
をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコーンビームＣＴのようなコンピュータ断層撮影法の分野に関する。本発明は、特に、ゲート（同期収集）された投影データ組から投影データを再構成する方法、画像処理装置、ＣＴ装置、およびゲートされた投影データ組から投影データを再構成するコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）は、高空間分解能でのボリュームイメージングを可能にする。収集速度の向上に伴い、心臓ＣＴイメージングが可能になった。しかしながら、投影データのゲーティングのために、線源の軌道が断続的となるため、例えば、ＩＥＥＥ  ｔｒａｎｓ．ｍｅｄ．ｉｍａｇｅ．，ＭＩ−４：１４−２５（１９８５）においてＢ．Ｄ．Ｓｍｉｔｈによる“Image reconstruction from cone-beam projections: necessary and sufficient conditions and reconstruction methods”に記載されているように、線量効率が低減するとともに、正確な再構成技法を用いることができない。
【０００３】
このような心臓コーンビームＣＴシステムにおいては、線源の経路、すなわちデータが収集される線源の経路は、投影データがゲートされるため、断続的になる。心臓コーンビームＣＴでは、ゲーティングは、心電図（ＥＣＧ）または心臓の動きを検出する他の任意の適切な手段に従って実行することができる。ゲーティングのために投影データの大部分は破棄され、このため線量の利用率は著しく低下する。さらに、場合によっては、Ｔｕｙによって公式化された正確な再構成のための３Ｄ完全性条件が満たされないことがあり、その結果、ラドンデータが不完全となり、正確な再構成技法を用いることができなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、改良した再構成法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の本発明の模範実施例では、上記目的のために、ゲートされた投影データ組から投影データを再構成する方法において、ゲートされた投影データ組を最初に収集する。線源の軌道、即ちゲートされた投影データ組を収集するのに用いる放射線源の軌道は、ゲーティングによって少なくとも１つのギャップを有している。この方法をＣＢＣＴに適用する場合には、ゲーティングは、上述したように、心電図または他の適切な手段によって測定される心臓の運動に従って実行するのが好適である。次に、少なくとも１つのギャップに対応する新規な投影データを決定し、ゲートされた投影データを新規な投影データで補完して線源の軌道の少なくとも１つのギャップを補償する。
【０００６】
従って、補完したゲートされた投影データは、例えば、正確な再構成のための３次元完全性条件を破らず、その結果ラドンデータが完全なものになるように完成できて有利である。これによって正確な再構成技法の使用が可能となり有利である。
【０００７】
請求項２に記載の本発明の他の模範実施例では、コーンビームコンピュータ断層撮影の再構成法を用いて、ゲートされた投影データから４次元イメージデータ組を再構成する。請求項３の模範実施例に記載するように、この４次元イメージデータ組に基づいて、撮像される関連の対象物の動きを記述する４次元ベクトルフィールドを決定することができる。次に、この動きフィールドを用いて、ゲートされた投影データの動き補償を実行することができる。
【０００８】
つまり、近似的な再構成技法を用いて４次元データ組を再構成することができる。この４次元データ組から、４次元ベクトルフィールドを算出する。次に、４次元イメージデータに動き補償を施す。
【０００９】
請求項４に記載の本発明の他の模範実施例では、４次元イメージデータを動き補償し、次にこの動き補償した４次元データを用いて、原データ組を完成させるため、つまりギャップを埋めるための新規な投影データを算出する。このようにして、正確なまたは準正確な再構成技法の適用が可能となる、ギャップのない完全なゲートされた投影データ組を形成することができ、有利である。
【００１０】
次に、請求項５に規定した本発明の模範実施例に記載するように、イメージ生成のために、断続的でない最終的な画像データを再構成することができる新規な投影データで補完したゲートされた投影データに、近似的なまたは正確な再構成アルゴリズムまたは方法を適用することができる。
【００１１】
これにより、イメージの画質の向上と高速かつ強力な再構成が可能となり有利である。
【００１２】
請求項６に記載の本発明の他の模範実施例では、ゲートされた投影データ組から投影データを再構成するプロセサを具えているイメージ処理デバイスを提供する。このイメージ処理デバイスは、不完全な線源の軌道により生じたデータのギャップが埋められるように、ゲートされた投影データを補完する動作を実行するように構成するのが有利である。
【００１３】
このイメージ処理デバイスは、非常に正確かつ高速な再構成ができて有利である。イメージ処理デバイスの他の模範実施例を請求項７に記載している。
【００１４】
請求項８に記載の本発明の他の模範実施例では、本発明の方法に従って動作を実行するのに適合させたプロセサを具えるコンピュータ断層撮影装置を供給する。このコンピュータ断層撮影装置は、ゲーティングにより線源の軌道が断続的になっても、正確なまたは準正確なデータの再構成ができて有利である。
【００１５】
請求項９に記載の本発明の他の模範実施例では、ゲートされた投影データ組から投影データを再構成するデータプロセサのためのコンピュータプログラムを提供する。本発明によるコンピュータプログラムは、データプロセサの作業メモリにロードするようにするのが好適である。こうして、本発明の方法の模範実施例を実行するプロセサを装備する。コンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータ読み取り可能媒体に蓄積することができる。コンピュータプログラムはまた、ＷｏｒｌｄＷｉｄｅＷｅｂのようなネットワークを通じて公開することができ、このようなネットワークからデータプロセサの作業メモリにダウンロードすることができる。コンピュータプログラムは、Ｃ＋＋のような任意の好適なプログラミング言語で記述することができる。
【００１６】
本発明の模範実施例の要旨は、データ収集がゲートされたため線源の経路が断続的となったゲートされたデータ組から、断続的でない線源の軌道に対応する投影データを得ることができるということにある。この目的のために、動き補償を適用する。近似的な再構成を用いて、４次元データ組を再構成する。このデータ組から、４次元ベクトルフィールドを算出する。次に、４次元イメージデータに動き補償を施して、その後このデータを用いて、データ組を完成させる新規な投影データを算出する。新規な投影データは、欠けているデータに、即ち断続的な線源の経路のギャップに対応する。それから、イメージ生成のために、断続的でないデータ組に適切なまたは正確な再構成アルゴリズムを適用する。
【００１７】
本発明のこれらおよび他の態様を、以下説明する実施例を参照して説明し、明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の模範実施例を、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明によるコンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置の模範実施例を示している。これは、コーンビーム６が関連の対象物に照射されるコーンビームＣＴ装置（ＣＢＣＴ）とするのが好適である。本模範実施例に関連して、本発明を、心臓コーンビームＣＴに適用するものとして説明する。しかしながら、本発明は心臓ＣＴに限定されず、ゲーティングまたは適切なサンプリングのために不完全なデータ組が用いられる任意のＣＴイメージングにも適用し得る点に留意すべきである。換言すれば、本発明は、所定の運動段階を撮像する移動物体一般のイメージングに適用することができる。
【００２０】
図１に図示したＣＢＣＴスキャナは、回転軸２の周囲で回動可能な構台１を具えている。構台１は、モータ３によって駆動する。参照符号４は、例えば本発明の一態様によれば多色性の放射を発するＸ線源のような放射線源を示している。
【００２１】
参照符号５は、放射線源４から放射される放射線を錐形放射線ビーム６に形成する第１開口システムを示す。
【００２２】
錐形放射線ビーム６（即ちコーンビーム）は、構台の中心即ちＣＢＣＴスキャナの検査領域に配置される関連の対象物７を透過して、検出器８に当たるように方向付けされている。図１から分かるように、検出器８は、構台１の放射線源４の反対側に配置される。図１に示した検出器８は、各々複数の検知素子を具えている複数の検出器ラインを有している。
【００２３】
探知器８の検出器ラインは、これらのラインが回転軸２に垂直になるように構台１に配置される。さらに、検出器８の列は回転軸２と実質的に平行にする。つまり、検出器８は２次元の検出器とすることができる。
【００２４】
開口システム５の開口は、関連の対象項目７のスキャンされる領域がコーンビーム６の範囲内となるように、かつ検出器８が完全にスキャンする領域を覆うように、検出器８の寸法に適合させる。このようにして、不必要な過剰放射が関連の対象物７に付与されることを回避するようにするのが有利である。関連の対象物７をスキャンする期間中は、放射線源４、開口システム５および検出器８は、構台１に沿って矢印１６で示す方向に回転する。放射線源４、開口システム５および検出器８を有する構台１が回転するために、モータ３は、計算ユニット１８に接続されるモータ制御ユニット１７に接続する。
【００２５】
図１では、関連の対象物７は、移動可能な架台１９上に配置されている。上記したように、本発明の模範実施例では、関連の対象物７を回転軸２に平行な方向に移動させずに、Ｘ線源４を環状の線源の軌道に沿って変位させて、即ち回転軸２周囲の回転面内で回転させて、環状のデータ収集を行う。したがって、Ｘ線源４が円運動を行う時に、関連の対象物７は静止するようにできる。しかしながら、本発明の他の模範実施例では、線源軌道をらせん状にするために、関連の対象物７を、架台１９上でまたは架台１９と共に、回転軸２に平行な方向に移動させることもできる。
【００２６】
検出器８は、計算ユニット１８に接続する。計算ユニット１８は検出器８の検出素子から検出結果、即ち読み取り出力を受信し、検出器８からのスキャン結果に基づいてスキャン結果を決定する。さらに計算ユニット１８は、モータ制御ユニット１７と通信して、モータ３および２０、または架台１９を用いて、構台１の移動を調整する。計算ユニット１８は、検出器８の読み取り出力からイメージを再構成するように構成する。計算ユニット１８が発生するイメージは、インターフェイス２２を経てディスプレイ（図１には図示せず）に出力することができる。
【００２７】
図２は、図１のＣＴ装置を動作する方法の模範実施例を示している。
【００２８】
ステップＳ１のスタートの後、この方法はステップＳ２に進み、ここではデータの収集を行う。特に、ステップＳ２では３次元ボリュームの投影データを収集する。ゲーティング処理が行なわれるため、収集される３次元ボリュームはギャップを有している。例えば、心臓コーンビームＣＴでは、心電図（ＥＣＧ）または心臓の運動を決定するように構成された任意の他の好適な手段に従って投影データがゲートされるため、線源の経路が断続的になる。このため、実際に収集された投影データの一部は破棄され、したがって線量の利用率は著しく低下する。これが原因となり、線源の軌道にギャップが生じ、即ち収集された３次元イメージのボリュームにギャップが生じる。さらに、このため、正確な再構成のための３Ｄ完全性条件が満たされないことがあり、その結果、ラドンデータ組が不完全となる。
【００２９】
次に、続くステップＳ３では、４次元イメージデータ組を再構成する。心臓ＣＢＣＴの再構成の場合には、近似再構成アルゴリズムによって４次元イメージデータ組を再構成することができる。このようなアルゴリズムには、例えば、Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．２００３においてＧｒａｓｓ，Ｍ等により“Helical cardiac cone-beam reconstruction using retrospective ECG gating”に記載されたもの、またはＰｈｙｓ．Ｍｅｄ．，２７（８）：１８８１−１９０２，２０００においてＫａｃｈｅｌｒｉｅｓｓ，Ｍ等により“ECG-correlated image reconstruction from subsecond multi-slice spiral CT scans of the heart”に記載されたものがあり、これらは参考のためにここに引用するものとする。
【００３０】
次に、続くステップＳ４では、ベクトルフィールドを算出する。特に、ステップＳ３で再構成した４次元イメージデータから４次元ベクトルフィールドを、例えば３次元レジストレーション技法またはブロックマッチングアルゴリズムを用いて算出し、これには例えばＳｃｈａｆｆｔｅｒ  Ｔ．等により“Motion compensated projection reconstruction”４１：９５４−９６３，１９９９に記載されたものがあり、これは参考のためにここに引用するものとする。
【００３１】
次に、続くステップＳ５では、ステップＳ４で決定した４次元ベクトルフィールドを用いて、ステップＳ２で得られた３次元ボリュームの動き補償を行う。それから、続くステップＳ６では、動き補償されたイメージデータを用いて、例えばフォワードプロジェクションで新規な投影データを算出することによって軌道のギャップを埋める。
【００３２】
次に、続くステップＳ７では、近似のまたは正確な再構成アルゴリズムを利用することができる。このようなものには、例えばＰｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．，４７：２５８３−２５９７，２００２においてＫａｔｓｅｖｉｃｈ，Ａにより“Analysis of an exact inversion algorithm for spiral cone-beam CT”に記載されたもの、およびＳＩＡＭＪ．Ａｐｐ．Ｍａｔｈ．，６２：２０１２−２０２６，２００２においてＫａｔｓｅｖｉｃｈ，Ａにより“Theoretically exact FBP-type inversion algorithm for spiral CT”に記載されたものがあり、これらは参考のためにここに引用するものとする。そのような再構成アルゴリズムを用いることによって、動き補償された投影データを用いて最終的なボリューム（画像）を再構成することができる。上述した方法によって、線量の利用率を向上させ、これにより、例えば患者に当てられる放射線の線量を低減させることができ有利である。
【００３３】
上述した方法は、さらに、正確または準正確再構成方法が必要とされる大面積の検出器の使用を可能にし有利である。
【００３４】
図３は、図２に関連して説明した方法を視覚化するため単純化して概略的に表現したものを示している。図３から分かるように、連続再構成に用いるデータを収集する線源の軌道は、ゲーティングのために断続的になる。心臓ＣＴの場合、線源の軌道はＥＣＧゲーティングのため断続的になる。本発明では、次のステップＳ３で、近似的な３次元再構成を種々のフェーズで実行する。次に、本発明の方法はステップＳ４およびＳ５へと続き、ここではイメージデータの動き補償のために、４次元イメージデータから決定した４次元ベクトルフィールドを用いる。次に、動き補償されたデータを用いて、フォワードプロジェクションで新規な投影データを算出することで軌道のギャップを埋めるようにする。次に、動き補償されかつ補完されたイメージデータを近似のまたは正確な再構成アルゴリズムに用いて、例えば完成したデータ組から正確な３次元再構成を可能にする。
【００３５】
図４は、図２および３に関連して説明した方法を実施するための、イメージ処理デバイスのようなデータ処理デバイスの模範実施例を示している。図４から分かるように、中央処理装置（ＣＰＵ）またはイメージプロセサ５１を、ゲートされた投影データ組、任意の中間データ、または最終的に再構成されたデータを蓄積するためのメモリ５２に接続する。このデータは、例えば図１に示したようなＣＢＣＴスキャナによって収集することができる。このために、そのようなＣＢＣＴスキャナに、および／または複数の入力端子／出力端子／ネットワークにまたは他の診断デバイスにイメージプロセサ５１を接続することができる。プロセサ５１はさらに、イメージプロセサ５１で計算または適応化された情報またはイメージを表示するためのディスプレイ５４に（例えばコンピュータモニタに）接続する。オペレータは、キーボード５５および／または図１に図示していない他の入力または出力デバイスを介して、データプロセサ５１と情報のやりとりをすることができる。
【００３６】
上述した本発明は、例えば、医療イメージングの分野に適用することができる。しかしながら、上述したように、本発明は、非破壊試験の分野のような、動く対象物を検査する他の分野に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による心臓コーンビームＣＴに用いるようなコーンビームＣＴスキャナの模範実施例の概略図である。
【図２】図１のＣＴ装置を動作する方法の模範実施例を示す図である。
【図３】本発明の模範実施例の原理を更に説明する概略図である。
【図４】本発明によるデータ処理デバイスの模範実施例の簡略化した概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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