(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体（２２）に対するコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング方法であって、
ＣＴイメージング・システム（１０）で被検体をスキャンして被検体の投影サンプルを含むビューを収集するステップと、
β０及びβ１をパラメータとして［０．５π−β０ −β１ ，０．５π＋β０ ＋β１ ］及び［１．５π−β０ −β１ ，１．５π＋β０ ＋β１ ］の選択したビュー領域内で収集した前記ビューを補間し、不均等補間ビューを作成するステップと、収集したビュー及び不均等補間ビューに対する重み付けを含む、前記ビューに対する重み付けを行って、不均等補間を補償するステップと、前記ビューに対してフィルタ処理及び逆投影を行って、被検体の画像を生成するステップと、を含み、
選択したビュー領域内でビューを補間する前記ステップが、前記被検体（２２）の投影サンプルに次式にしたがって推定投影ｐ’（γ，β）を決定するラグランジュ補間公式を適用するステップを含み、
【数１】
0004646382.tif 000006
上式において、
【数２】
0004646382.tif 000007
ｐ（γ，βｉ）は、ビュー角度βｉの位置での投影サンプルの組であり（ここで、ｉ＝１，．．．，Ｎであり、Ｎはこの組におけるビュー角度の数である）、γは投影ファン角度である、方法。
【請求項２】
β０ ＝β１ ＝０．３５７ラジアンである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記被検体（２２）が患者であり、さらに、前記患者の臨床ステージ中にパラメータβ０及びβ１を修正するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、ラグランジュ補間したビューに重み付けしてストリーク・アーチファクトを除去するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ラグランジュ補間したビューに重み付けしてストリーク・アーチファクトを除去する前記ステップが、次の関数によりラグランジュ補間したビューに重み付けするステップを含む請求項４に記載の方法。
βｃ−β０−β１≦β＜βｃ−β０のとき、ｗ（γ，β）＝α（３θ２−２θ３）
βｃ−β０≦β≦βｃ＋β０のとき、ｗ（γ，β）＝αβｃ＋β０＜β＜βｃ＋β０＋β１のとき、ｗ（γ，β）＝α−α（３ψ２−２ψ３）
上式において、βｃの値は補間する投影領域により異なり、βｃ＝０．５πまたはβｃ＝１．５πであり、αは１つのパラメータであり、θ＝｛β−（βｃ−β０−β1）｝／β１であり、ψ＝｛β−（βｃ＋β０）｝／β１である。
【請求項６】
α＝０．２５である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ビューに重み付けする前記ステップが、領域Γにおいてフィルタ処理及び逆投影を行う前に、領域Γの外部ではｗ’（γ，β）＝１、また領域Γの内部では次の関数ｗ’（γ，β）により収集した投影に重み付けをするステップを含む請求項１に記載の方法。
βｃ−β０−β１±π−２γ ≦β＜βｃ−β０±π−２γのとき、ｗ’（γ，β）＝１−α（３θ’２−２θ’３）
βｃ−β０±π−２γ≦β＜βｃ＋β０±π−２γのとき、ｗ’（γ，β）＝１−αβｃ＋β０±π−２γ＜β≦βｃ＋β０＋β１±π−２γのとき、ｗ’（γ，β）＝１＋α（３ψ’２−２ψ’３−１）
上式において、βｃの値は補間する投影領域により異なり、βｃ＝０．５πまたはβｃ＝０．５πであり、θ’＝｛β−（βｃ−β０−β１±π−２γ）｝／β１であり、ψ’＝｛β−（βｃ＋β０±π−２γ）｝／β１である。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の方法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（ＣＴ）イメージング・システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断層撮影イメージングに関し、さらに詳細には、コンピュータ式断層撮影イメージングにおいてエイリアシング・アーチファクトを減少させるための方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
周知のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムの少なくとも１つの構成では、Ｘ線源は、デカルト座標系のＸ−Ｙ平面（一般に「画像作成面」と呼ばれる）内に位置するようにコリメートされたファンビーム（扇形状ビーム）を放出する。Ｘ線ビームは、例えば患者などの画像作成しようとする対象を透過する。ビームは、この対象によって減衰を受けた後、放射線検出器のアレイ上に入射する。検出器アレイで受け取った減衰したビーム状放射線の強度は、対象によるＸ線ビームの減衰に依存する。このアレイの各検出器素子は、それぞれの検出器位置でのビーム減衰の計測値に相当する電気信号を別々に発生させる。すべての検出器からの減衰量計測値を別々に収集し、透過プロフィールが作成される。
【０００３】
周知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが画像作成しようとする対象を切る角度が一定に変化するようにして、画像作成面内でこの画像作成対象の周りをガントリと共に回転する。あるガントリ角度で検出器アレイより得られる一群のＸ線減衰量計測値（すなわち、投影データ）のことを「ビュー（ｖｉｅｗ）」という。また、画像作成対象の「スキャン・データ（ｓｃａｎ）」は、Ｘ線源と検出器が１回転する間に、様々なガントリ角度、すなわちビュー角度で得られるビューの集合からなる。アキシャル・スキャンでは、この投影データを処理し、画像作成対象を透過させて得た２次元スライスに対応する画像を構成する。投影データの組から画像を再構成するための一方法に、当技術分野においてフィルタ補正逆投影法（ｆｉｌｔｅｒｅｄ  ｂａｃｋ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）と呼ぶものがある。この処理方法では、スキャンにより得た減衰量計測値を「ＣＴ値」、別名「ハウンスフィールド値」という整数に変換し、これらの整数値を用いて陰極線管ディスプレイ上の対応するピクセルの輝度を制御する。
【０００４】
周知のＣＴイメージング・システムの少なくとも１つにおいては、０．８ｓのガントリ回転速度と１２３０Ｈｚのデータ収集システム（ＤＡＳ）サンプリング速度との組み合わせが利用可能であり、これにより、１ガントリ回転あたり９８４ビューの投影サンプリング速度が得られる。理論的、実験的及び臨床的研究により、このサンプリング速度は、エイリアシングの観点からすると、下側限界に近いものであることが示されている。スキャン速度を１ガントリ回転あたり少なくとも０．５ｓまで上昇させ、運動アーチファクトを減少させかつ撮影時間を短縮させることが望ましいが、これを実現するためには、サンプリング速度を高くする必要がある。しかし、ハードウェア限界により最大サンプリング速度は制限される。例えば、ハードウェア及びソフトウェアの限界により、ＤＡＳサンプリング速度が１４０８Ｈｚに制限されることがある。このシステムにおける０．５ｓスキャンでは１ガントリ回転あたり７０４ビューが得られ、１ガントリ回転あたり９８４ビューを提供するシステムと比較して２８．５％の低下となる。適正な補償を実行しないと、ストリーク（ｓｔｒｅａｋ）などのビュー・エイリアシング・アーチファクトが生じることになる。こうしたエイリアシング・アーチファクトは、放射線医にとって極めて好ましくないことが知られている。
【０００５】
ビューのサンプリングを減らすことによりアーチファクトが生じるため、あるビュー方向での補間を伴った再構成でビューの数を増加させる試みは妥当であると思われる。例えば、収集データ組の２：１のビュー拡張により収集するビューの数を７０４から１４０８にまで増加させる試みが可能である。しかし、ビュー補間は典型的には低域通過フィルタ処理であるため、この方式により空間分解能がかなり低下することになる。ファントム実験により空間分解能の劣化が臨床上受容しがたいレベルに到達する可能性があることが指摘されている。
【０００６】
したがって、空間分解能に臨床上受容しがたい低下を生じさせることなくビュー・エイリアシング・アーチファクトを減少させたＣＴイメージングのための方法及び装置を提供することが望ましい。
【０００７】
【発明の概要】
したがって、本発明の実施の一形態では、被検体に対するコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングのための方法であって、ＣＴイメージング・システムで被検体をスキャンして被検体の投影サンプルを含むビューを収集するステップと、選択したビュー領域内で該ビューを不均等に補間して、不均等補間ビューを作成するステップと、収集したビュー及び不均等補間ビューに対する重み付けを含む、該ビューに対する重み付けを行って、不均等補間を補償するステップと、該ビューに対してフィルタ処理及び逆投影を行って被検体の画像を生成するステップと、を含む方法が提供される。
【０００８】
したがって、この実施形態において空間分解能を臨床上受け入れがたいレベルまで低下させることなく、同時にビュー・エイリアシング・アーチファクトを減少させることによって、改良型のＣＴイメージングを提供できる。
【０００９】
【発明の詳しい説明】
図１及び図２を参照すると、「第３世代」のＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０を示している。ガントリ１２は、このガントリ１２の対向面上に位置する検出器アレイ１８に向けてＸ線ビーム１６を放出するＸ線源１４を有する。検出器アレイ１８は、投射され被検体２２（例えば、患者）を透過したＸ線を一体となって検知する検出器素子２０により形成される。検出器アレイ１８は、単一スライス構成で製作される場合とマルチ・スライス構成で製作される場合がある。各検出器素子２０は、入射したＸ線ビームの強度を表す電気信号、すなわち患者２２を透過したＸ線ビームの減衰を表す電気信号を発生させる。Ｘ線投影データを収集するためのスキャンの間に、ガントリ１２及びガントリ上に装着されたコンポーネントは回転中心２４の周りを回転する。
【００１０】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６により制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に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１２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とを含む。制御機構２６内にはデータ収集システム（ＤＡＳ）３２があり、これによって検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングし、このデータを後続の処理のためにディジタル信号に変換する。画像再構成装置３４は、サンプリングされディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取り、高速で画像再構成を行う。再構成された画像はコンピュータ３６に入力として渡され、コンピュータにより大容量記憶装置３８内に格納される。
【００１１】
コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して、オペレータからのコマンド及びスキャン・パラメータを受け取る。付属の陰極線管ディスプレイ４２により、オペレータはコンピュータ３６からの再構成画像やその他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータの発したコマンド及びパラメータを用いて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０に対して制御信号や制御情報を提供する。さらにコンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御してガントリ１２内での患者２２の位置決めをするためのテーブル・モータ制御装置４４を操作する。詳細には、テーブル４６により患者２２の各部分がガントリ開口４８を通過できる。
【００１２】
臨床上のエイリアシング・アーチファクトの大部分は、高密度の物体を撮影域のうちの外側領域の近傍に配置させた場合に生じている。その理由は、このビュー要件が物体のＣＴアイソセンタからの距離におおよそ比例するからである。人体構造では、エイリアシングを生じさせる高密度の物体は、そのほとんどが水平方向の向きにある。例えば、患者２２をスキャンする際に通常は水平の方向を向いている患者２２の肩部の骨５０は、エイリアシング・ストリークを生じさせることが多い。エイリアシングを生じさせる頻度が最も高い方向でエイリアシング減少が最大となり、エイリアシングを生じさせる頻度がより低い方向でエイリアシング減少が最小となることが望ましい。こうしたエイリアシング減少構成により、エイリアシング・アーチファクトの減少と空間分解能の低下との間で良好な折衷が得られる。
【００１３】
したがって、本発明の実施の一形態では、被検体２２、例えば患者は、ＣＴイメージング・システム１０によりスキャンを受け被検体２２の投影サンプルを含むビューが収集される。これらのビューはさらに、画像再構成装置３４によって画像となるように処理されて、この画像はＣＲＴディスプレイ４２上で観察するためコンピュータ３６により記憶装置３８内に格納される。（様々なＣＴイメージング・システム１０において画像が分散処理されるような設計選択も利用可能であるため、本発明は、すべての処理を１つの離散的な画像再構成装置３４により実行するような実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。）この処理は、選択したビュー領域内で被検体のビューを不均等に補間して不均等補間ビューを作成するステップと、収集したビュー及び不均等補間ビューに対する重み付けを含む、該ビューに対する重み付けを行って、不均等補間を補償するステップと、ビューに対してフィルタ処理及び逆投影を行って被検体の画像を生成するステップと、を含む。
【００１４】
ビュー補間は、β0 及びβ1 をパラメータとして［０．５π−β0 −β1 ，０．５π＋β0 ＋β1 ］及び［１．５π−β0 −β1 ，１．５π＋β0 ＋β1 ］のビュー領域内で実行される。実施の一形態では、パラメータβ0 及びβ1 はいずれも０．３５７ラジアン（２０．４５度）に等しく、臨床ステージ中に修正可能である。多くのビュー補間スキームを適用できる。例えば実施の一形態では、一般ラグランジュ補間が使用される。γを投影ファン角度として、投影サンプルの組ｐ（γ，βi ）が、ビュー角度βi の位置（ここで、ｉ＝１，．．．，Ｎであり、Ｎはこの組におけるビュー角度の数である）に相当する場合、位置βにおける推定投影ｐ’（γ，β）は次式により表せる。
【００１５】
【数５】
0004646382.tif 000002
【００１６】
上式において、
【００１７】
【数６】
0004646382.tif 000003
【００１８】
例えば、実施の一形態で使用される４次ラグランジュ補間公式などのラグランジュ補間公式により、β＝βi のときの原始データ・サンプルが保全されるので有利である。補間領域の辺縁近傍での急峻な遷移に起因するストリーク・アーチファクトを回避するため、フィルタ補正逆投影に先だって、補間したビューに対して次式で表される関数ｗ（γ，β）により重み付けを行う。
【００１９】
0004646382.tif 000004
【００２０】
上式において、βc の値は補間する投影領域により異なり、βc ＝０．５πまたはβc ＝１．５πであり、
αは１つのパラメータであり、
θ＝｛β−（βc−β0−β1）｝／β1 であり、
ψ＝｛β−（βc＋β0）｝／β1 である。
【００２１】
投影サンプルが２πの範囲全体にわたって均等に補間されていないため、線束サンプリング・パターンはもはや均一ではない。より具体的には、各線束経路に対して、補間を実施する領域内ではサンプリング密度が増加する。このため、シェーディング・アーチファクト（ｓｈａｄｉｎｇ  ａｒｔｉｆａｃｔ）を減少させるために適正な補償を行う。
【００２２】
不均一サンプリングを補償するためには、ファンビームの幾何学構成において存在する共役サンプリングの対を利用する。投影角度２πでは、２つのサンプル（γ，β）及び（−γ，β＋π−２γ）は、同一の線束経路で取得されたサンプルを表すという点において冗長である。補間したビューの共役サンプルに対して適正な重みを与えることにより、すべてのサンプルからの寄与を全体として一定に保つことができる。より具体的には、共役サンプルからの寄与は同じ量だけ低下させて全体的な均一性を確実に保持させる。収集した投影は、フィルタ補正逆投影を行う前に、関数ｗ（γ，β）により重み付けする。説明を簡略とするために、Γによりｗ’（γ，β）を適用する領域を表すことにする。領域Γの外部では、ｗ’（γ，β）＝１であり、これ以外の場合には、ｗ’（γ，β）は次式で表される。
【００２３】
0004646382.tif 000005
【００２４】
上式において、βc の値は補間する投影領域により異なり、βc ＝０．５πまたはβc ＝０．５πであり、
θ’＝｛β−（βc−β0−β1±π−２γ）｝／β1 であり、
ψ’＝｛β−（βc＋β0±π−２γ）｝／β1 である。
【００２５】
多くの臨床用途では、追加の重み関数を投影に対して適用し投影データの不整合を補償している。例えば、患者の動きを補償するため、アンダー・スキャン（ｕｎｄｅｒ−ｓｃａｎ）重みを適用する。ヘリカル用途では、ヘリカル用重み関数を適用しヘリカル・アーチファクトを減少させている。したがって、実施の一形態では、少なくとも別の１つの重み関数と組み合わせて上記の適応補間を使用する。補間したビューは式（２）に従って重み付けし、さらに適当な追加のヘリカル重みまたはアンダー・スキャン重みを適用する。この結果、補間したビューは、ｗ（γ，β）μ（γ，β）によって重み付けされる、ここでμ（γ，β）は適当なヘリカル重みまたはアンダー・スキャン重みである。別の実施形態では、ヘリカル重み付けした投影に対して補間を実施する。次いで、補間したデータに対して重みｗ（γ，β）を適用する。Γにより規定される領域において、この実施形態の重み関数は、μ（γ，β）−［１−μ（γ，β）］［１−ｗ’（γ，β）］で表される。Γの外部の領域においては、ヘリカル重み関数μ（γ，β）が適用される。この実施形態では、追加のフィルタ処理及び逆投影を必要としないため、再構成速度に重大な影響を及ぼさない。
【００２６】
本発明の様々な実施形態に関する上記の説明から、本発明の方法及び装置が、空間分解能を臨床上受け入れがたいレベルまで低下させることなしに同時にエイリアシング・アーチファクトを減少させることにより、改良型のＣＴイメージングを提供できることは明らかである。
【００２７】
本発明の具体的な実施形態を詳細に記載し図示してきたが、これらは説明および例示のためのものに過ぎず、本発明を限定する意図ではないことを明瞭に理解されたい。さらに、本明細書に記載したＣＴシステムは、Ｘ線源と検出器の双方がガントリと共に回転する「第３世代」システムである。検出器素子が個々に補正され所与のＸ線ビームに対して実質的に均一のレスポンスを提供できるならば、検出器が全周の静止した検出器でありかつＸ線源のみがガントリと共に回転する「第４世代」システムを含め、別の多くのＣＴシステムも使用可能である。さらに、本明細書に記載したシステムはアキシャル・スキャンを実行するが、本発明はヘリカルスキャンで使用することもできる。したがって、本発明の精神及び範囲は、特許請求の範囲の各項及びこれと法的に等価なものによって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの外観図である。
【図２】図１に示すシステムの概略ブロック線図である。
【符号の説明】
１０  コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム
１２  ガントリ
１４  Ｘ線源
１６  Ｘ線ビーム
１８  検出器アレイ
２０  検出器素子
２２  被検体
２４  回転中心
２６  制御機構
２８  Ｘ線制御装置
３０  ガントリ・モータ制御装置
３２  データ収集システム（ＤＡＳ）
３４  画像再構成装置
３６  コンピュータ
３８  記憶装置
４０  コンソール
４２  陰極線管ディスプレイ
４４  テーブル・モータ制御装置
４６  モータ式テーブル
４８  ガントリ開口
５０  肩部の骨
【図１】
0004646382.tif 000008
【図２】
0004646382.tif 000009