(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ断層撮影法であって：
・放射線源を使って検査領域および該検査領域中に位置された周期的運動をする対象を通る円錐形のビームクラスターを生成し、
・前記放射線源と前記検査領域内に位置された当該対象との間の相対運動を生み出し、ここで前記放射線源が当該対象に対して相対運動する軌跡は当該対象を囲む仮想的な円筒面上にあるものとし、
・検出器ユニットを使って、前記相対運動中に、前記ビームクラスターの当該対象の反対側における強度に依存する測定値を取得し、
・前記取得の間に当該対象の前記周期的運動を記録し、
・当該周期的運動をする対象の空間的な吸収分布を、前記測定値から、当該対象の記録された周期的運動を援用して：
（ａ）前記検査領域における当該対象によって占められる空間領域を決定し、
（ｂ）前記測定値に平行再分配を適用していくつかのグループを形成し、各グループの測定値に対応するビームが互いに、そして回転軸に平行である複数の平面内にある複数のビーム扇をなすようにし、
（ｃ）当該対象によって占められる前記空間領域を照射するビームに対応する一つの測定値を各グループについて決定し、それぞれのグループに前記測定値が取得された時刻を割り当て、
（ｄ）ステップ（ｃ）において割り当てられた時刻が所定の周期的な時間範囲にあるグループを決定し、
（ｅ）ステップ（ｄ）において決定されたグループに属する測定値から、当該対象中の吸収分布を再構成する、
ステップを通じて再構成する、
ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載のコンピュータ断層撮影法であって、ステップ（ａ）の、当該対象によって占められる空間領域の前記決定が：
・前記測定値から当該対象を含む三次元データレコードを、該三次元データレコード中で当該対象をセグメンテーションできる解像度で再構成し、
・前記三次元データレコード中で当該対象をセグメンテーションする、
ステップを有し、セグメンテーションされた対象が前記検査領域にある当該対象によって占められる空間領域を示す、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載のコンピュータ断層撮影法であって、ステップ（ｃ）において、前記検査領域にある当該対象によって占められる空間領域の幾何学的中心が決定され、各グループについて前記幾何学的中心を通るビームに対応する測定値が決定され、この測定値が取得された時刻が当該グループに割り当てられることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載のコンピュータ断層撮影法であって、前記周期的運動をする対象が心臓であり、前記周期的な時間範囲が心電計を援用してあらかじめ決定されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１記載のコンピュータ断層撮影法であって、当該対象が、前記周期的な所定の時間範囲においては他の時間範囲におけるよりも動きが少ないことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１記載のコンピュータ断層撮影法であって、前記再構成がフィルタを通した逆投影を援用して実行されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１記載のコンピュータ断層撮影法であって、前記放射線源と前記検査領域内に位置されている当該対象との間の相対運動がある回転軸のまわりの回転を有し、円形または螺旋状に進むことを特徴とする方法。
【請求項８】
特に請求項１記載の方法を実行するコンピュータ断層撮影装置であって：
・検査領域およびその中に位置された周期的運動をする対象を通る円錐形のビームクラスターを生成する放射線源と、
・前記検査領域内に位置された当該対象と前記放射線源との間の相対的にある回転軸のまわりに回転させ、該回転軸に平行に相対的に移動させる駆動装置と、
・前記放射線源と組になった、測定値を取得する検出器ユニットと、
・前記取得の間に当該対象の前記周期的運動を記録する運動記録装置、特に心電計と、
・前記運動記録装置によって記録された当該対象の前記周期的運動を援用して、前記測定器ユニットによって取得された測定値から前記検査領域内での吸収の空間分布を再構成する、少なくとも一つの再構成・画像処理コンピュータと、
・前記放射線源、前記駆動装置、前記検出器ユニット、前記運動記録装置、前記少なくとも一つの再構成・画像処理コンピュータを：
・放射線源を使って検査領域および該検査領域中に位置された周期的運動をする対象を通る円錐形のビームクラスターを生成し、
・前記放射線源と前記検査領域内に位置された当該対象との間の相対運動を生み出し、ここで前記放射線源が当該対象に対して相対運動する軌跡は当該対象を囲む仮想的な円筒面上にあるものとし、
・検出器ユニットを使って、前記相対運動中に、前記ビームクラスターの当該対象の反対側における強度に依存する測定値を取得し、
・前記取得の間に当該対象の前記周期的運動を記録し、
・当該周期的運動をする対象の空間的な吸収分布を、前記測定値から、当該対象の記録された周期的運動を援用して：
（ａ）前記検査領域における当該対象によって占められる空間領域を決定し、
（ｂ）前記測定値に平行再分配を適用していくつかのグループを形成し、各グループの測定値に対応するビームが互いに、そして回転軸に平行である複数の平面内にある複数のビーム扇をなすようにし、
（ｃ）当該対象によって占められる前記空間領域を照射するビームに対応する一つの測定値を各グループについて決定し、それぞれのグループに前記測定値が取得された時刻を割り当て、
（ｄ）ステップ（ｃ）において割り当てられた時刻が所定の周期的な時間範囲にあるグループを決定し、
（ｅ）ステップ（ｄ）において決定されたグループに属する測定値から、当該対象中の吸収分布を再構成する、
ステップを通じて再構成する、
ステップに基づいて制御する制御ユニットとを有することを特徴とする装置。
【請求項９】
コンピュータ断層撮影装置において制御ユニットによって制御される放射線源、駆動装置、検出器ユニット、運動記録装置、少なくとも一つの再構成・画像処理コンピュータが、請求項１記載の方法であって：
・放射線源を使って検査領域および該検査領域中に位置された周期的運動をする対象を通る円錐形のビームクラスターを生成し、
・前記放射線源と前記検査領域内に位置された当該対象との間の相対運動を生み出し、ここで前記放射線源が当該対象に対して相対運動する軌跡は当該対象を囲む仮想的な円筒面上にあるものとし、
・検出器ユニットを使って、前記相対運動中に、前記ビームクラスターの当該対象の反対側における強度に依存する測定値を取得し、
・前記取得の間に当該対象の前記周期的運動を記録し、
・当該周期的運動をする対象の空間的な吸収分布を、前記測定値から、当該対象の記録された周期的運動を援用して：
（ａ）前記検査領域における当該対象によって占められる空間領域を決定し、
（ｂ）前記測定値に平行再分配を適用していくつかのグループを形成し、各グループの測定値に対応するビームが互いに、そして回転軸に平行である複数の平面内にある複数のビーム扇をなすようにし、
（ｃ）当該対象によって占められる前記空間領域を照射するビームに対応する一つの測定値を各グループについて決定し、それぞれのグループに前記測定値が取得された時刻を割り当て、
（ｄ）ステップ（ｃ）において割り当てられた時刻が所定の周期的な時間範囲にあるグループを決定し、
（ｅ）ステップ（ｄ）において決定されたグループに属する測定値から、当該対象中の吸収分布を再構成する、
ステップを通じて再構成する、
ステップを有する方法を実行するよう、前記制御ユニットに制御を実行させるための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、検査領域内に置かれた周期的運動をする対象、特に人体の器官に円錐形ビームクラスターの照射が行われる場合のコンピュータ断層撮影法に関するものである。本発明はまた、前記方法を実行するためのコンピュータ断層撮影装置および前記コンピュータ断層撮影装置を制御するコンピュータプログラムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の関連では、「周期的運動」とは、測定中に対象が該対象の一連の状態を繰り返し、常に同じ順序でとるような運動をいう。ここで、対象の状態は、たとえば、検査領域内での対象の位置や対象の形によって、あるいは対象のその状態に割り当てられる特定の測定信号によって定義しうる。この測定信号は、たとえば、運動する対象が心臓であれば心電計の信号でありうる。もし異なる時点で同じ信号が心電計の測定にかかれば、それらの時点での対象の状態は同じであると考えられる。しかし、本発明の関連では、「周期的運動」の語はまた、対象が繰り返し取る該対象の状態が厳密に同一なのではなく実質同一であるような、「準周期的」とでも呼びうる運動をも意味する。同じことは実質同一の繰り返し起こる二つの対象状態の間の時間間隔にもあてはまり、この時間間隔が測定中実質一定でありさえすれば、対応する運動を本発明との関連で「周期的」と呼ぶことができる。異なる周期時間間隔も、その時間の差が対応する用途での周期時間間隔に比べて小さければ「実質同一」である。同様に、二つの対象状態は、その差が、該対象が周期全体のうちに経る変化に比べて小さければ実質同一である。したがって、たとえば人体の器官や血管など人工または自然の拍動する対象の動きは「準周期的」であり、したがってここでは「周期的」と呼ぶことができる。さらに、「周期的運動」の語はまた、対象が実質同一の時間間隔で繰り返しとる状態が前回の状態を完全にではなく部分的に達成するような減衰振動または減衰運動をも包含する。
【０００３】
上述したような種類の既知の方法においては、検出器ユニットを使って取得される測定データから周期的運動をする対象中の放射線の吸収または減衰の空間変化の概形が再構成される。この場合、該対象が運動しているために、前記測定データは異なる対象状態からの情報を含んでいることになり、それは再構成されたデータ記録における動きによる画像乱れにつながる。
【０００４】
したがって、既知の再構成の諸方法では、対象が比較的少ししか動かなかった時間範囲内、すなわち対象状態がごくわずかしか変化しないような時間内に取得された測定値のみが使われる。そうした方法の一つにおいては、ビームはまず最初に、計算量を減らすための平行再分配（parallel  rebinning）が適用される。平行再分配では、軌跡上で各放射線源位置に対する円錐形のビームクラスターはビーム扇に分割される。各ビーム扇について、それをなすビームは円形または螺旋状の軌跡の中心軸に平行な面上にある。こうしたビーム扇は次いでグループごとに区分され、各グループには互いに平行なビーム扇のみが含まれるようにする。一つのグループに含まれるビーム扇の集合のことを投影という。各投影に対してある時刻が割り当てられる。前記時刻は、その投影の真ん中のビーム扇に対応する測定データが得られた時刻と同じものとする。ある投影のすべての測定データはこの時点において取得されたものと想定する。
【０００５】
再分配されたビームまたは測定データから吸収分布を再構成するにあたっては、当該対象の動きが比較的小さい、あらかじめ設定できる時間範囲の間に取得された投影のみが利用される。投影の時刻は―真ん中のビーム扇の場合を除いては―この投影の測定データが実際に得られた時刻とは一致しないので、再構成にあたって、対象に入射したビームではあっても所定の時間範囲から外れた時刻に取得された測定データまで利用されてしまうことがままある。これは動きによる画像乱れにつながり、そのような乱れは真ん中のビーム扇から離れた点ほど大きくなる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような動きによる画像乱れが目立たなくなる方法を規定するのが本発明の目標の一つである。この目的は、本発明によれば、コンピュータ断層撮影法であって：
・放射線源（Ｓ）を使って検査領域（１３）および該検査領域（１３）中に位置された周期的運動をする対象を通る円錐形のビームクラスター（１４）を生成し、
・前記放射線源（Ｓ）と前記検査領域（１３）内に位置された当該対象との間の相対運動を生み出し、ここで前記放射線源が当該対象に対して相対運動する軌跡は当該対象を囲む仮想的な円筒面上にあるものとし、
・検出器ユニット（１６）を使って、前記相対運動中に、前記ビームクラスター（４）の当該対象の反対側における強度に依存する測定値を取得し、
・前記取得の間に当該対象の前記周期的運動を記録し、
・当該周期的運動をする対象の空間的な吸収分布を、前記測定値から、当該対象の記録された周期的運動を援用して：
（ａ）前記検査領域（１３）における当該対象によって占められる空間領域を決定し、
（ｂ）前記測定値に平行再分配を適用していくつかのグループを形成し、各グループの測定値に対応するビームが互いに、そして回転軸に平行である複数の平面内にある複数のビーム扇（４１…４５）をなすようにし、
（ｃ）当該対象によって占められる前記空間領域を照射するビームに対応するある測定値を各グループについて決定し、それぞれのグループに前記測定値が取得された時刻を割り当て、
（ｄ）ステップ（ｃ）において割り当てられた時刻が周期的な所定の時間範囲（Ｈ1）にあるグループを決定し、
（ｅ）ステップ（ｄ）において決定されたグループに属する測定値から、当該対象中の吸収分布を再構成する、
ステップを通じて再構成する、
ステップを有する方法によって達成される。
【０００７】
既知の方法と違って、本発明では、対照を照射するビームのグループまたは投影それぞれについて、ある測定値が決定され、この測定値が取得された時刻が当該投影に割り当てられる。これにより、対象を照射するある投影に割り当てられた時刻と該投影の前記測定値の取得時刻との時間間隔が既知の諸方法よりも小さくなる。前記時間範囲は一般に前記対象の運動のうち動きの比較的少ない位相と相関するように選ばれるので、動きによる画像乱れが軽減される。
【０００８】
ある請求項は、前記検査領域中の当該対象によって占められる空間領域が当該対象の計算量の少ない再構成およびセグメンテーションによって決定される改良を記載する。
【０００９】
ある請求項では、各グループについて、当該対象の幾何学的中心を通るビームに対応する測定値が決定される。この測定値が取得された時刻が当該グループに割り当てられる。これにより、あらかじめ設定できる時間範囲から外れた測定値が誤って利用されることがさらに減少し、これがさらに動きによる画像乱れを軽減する。
【００１０】
ある請求項は、周期的運動をする対象が心臓であり、なかんづく心電計を援用して高品質の再構成画像が得られる一つの改良を示している。
【００１１】
ある請求項では、あらかじめ設定できる時間範囲として、他の時間範囲よりも当該対象の動きが少ない時間範囲が選ばれ、それにより再構成画像の動きによる画像乱れがさらに軽減される。
【００１２】
ある請求項は、再構成がフィルタを通した逆投影を援用して実行される一つの改良を定義しており、それによると必要とする計算量は少ないまま再構成された対象の高品質画像を得ることができる。
【００１３】
ある請求項では、放射線源が当該検査領域に対して螺旋状または円形の軌跡をなして相対運動し、これにより高画質の再構成結果が得られる。
【００１４】
ある請求項では前記方法を実行するためのコンピュータ断層撮影装置が記載される。
【００１５】
ある請求項は前記のようなコンピュータ断層撮影装置を制御するコンピュータプログラムを定義する。
【００１６】
本発明について図面に示された実施例を参照しつつさらに説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に示すコンピュータ断層撮影装置は、ガントリー１を有しており、これは図１に示す座標系のｚ方向に平行な回転軸１４のまわりに回転することができる。そのためにガントリー１はモーター２によって、好ましくは調整可能な一定の角速度において駆動される。ガントリー１にはＸ線発生装置などの放射線源Ｓが取り付けられている。前記放射線源はコリメータ機構３を備えており、放射線源Ｓによって生成された放射線をマスクすることにより円錐形ビームクラスター４、すなわちｚ方向にもそれに垂直な方向（つまり回転軸に垂直な平面）にも０でない有限な大きさをもつビームクラスターにする。
【００１８】
ビームクラスター４が貫通する円筒状の検査領域１３内に周期的運動をする対象（図示せず）が位置している。この実施例では、前記対象は拍動する心臓であり、固有の運動をするほか、場合によっては患者の呼吸運動のために往復運動もする。他の実施形態では、肝臓や脳といった周期的運動をする人体の他の器官、周期的運動をする人体の器官の部分、または周期的運動をする人工物も放射線照射の対象となりうる。
【００１９】
検査領域１３を通過したのち、ビームクラスター４は検出器ユニット１６に入射する。該１６はガントリー１に取り付けられており、多数の検出素子を有する検出面をもつ。該検出素子はこの実施形態では行と列からなる行列状に配列されている。好ましくは検出器の列は回転軸１４と平行である。検出器の行は回転軸と垂直な面上に位置し、この実施形態では放射線源Ｓを中心とする円弧上である（焦点中心検出器）。しかし、他の実施形態では別の構成も可能で、たとえば回転軸１４上に中心をもつ円弧を描いたり、方形であったりすることもできる。ビームクラスター４が入射する各検出素子は、放射線源が各位置にあるときに、該ビームクラスター４からのビームについての測定値を与える。
【００２０】
ビームクラスター４の広がり角（αmaxと書く）が、測定値の取得中に検査する対象が置かれる対象円筒の直径を決定する。広がり角は、回転軸１４に垂直な平面内にあってビームクラスター４の端にあるビームが、回転軸１４と放射線源Ｓで決まる平面となす角、として定義される。検査領域１３または対象または検査台は回転軸１４に平行に、すなわちｚ軸方向にモーター５によって動かしてもよい。しかし、ガントリーもまた同様にしてこの方向に動かしてもよい。患者ではなく人工物を対象とする場合には、放射線源Ｓと検出器ユニット１６を固定したままとして対象のほうを検査中に回転させることもできる。
【００２１】
モーター２および５によって、放射線源Ｓおよび検出器ユニット１６は検査領域１３に対して仮想的な円筒面上のある軌跡を描く相対運動をする。この軌跡はたとえば両方のモーターが動作していて螺旋状をなしてもよい。他方、回転軸１４方向の移動用のモーターは遊ばせてモーター２によってガントリーを回転させれば、放射線源Ｓおよび検出器ユニット１６の検査領域１３に対する相対運動の軌跡は円形となる。この実施例では、螺旋状の軌跡のみを考慮する。
【００２２】
測定値を取得する間、心臓の動きは既知の方法によって心電計８によって記録される。この目的のために患者の胸部は電極（図示せず）を使って心電計８につながっている。他の実施例では、特に他の運動する対象の場合には、対象の動きは別の方法で追跡されうる。たとえば、動きの情報は検出器ユニット１６によって測定された値自身から得てもよい。その場合動きを記録するために心電計のような追加的な装置を使う必要はない。このため、まず測定値から動態記録図（kymogram）が作成され、これから既知の方法により運動が導き出せる。この方法の詳細な説明は“Kymogram  detection  and  kymogram-correlated  image  reconstruction  from  subsecond  spiral  computed  tomography  scans  of  the  heart〔秒単位以下の心臓の螺旋状コンピュータ断層撮影からの動態記録図検出および動態記録図相関画像再構成〕,”M.Kachelriess，D.A.Sennst，W.Maxlmoser，W.A.Kalender，Medical  Physics  29(7):1489−1503，2002に見られ、ここに参照しておく。
【００２３】
この実施例では、測定中、患者が呼吸をしていないものと想定しており、呼吸による動きは無視できる。他の実施形態では、呼吸による動きをたとえば呼吸運動測定装置につないだ変形可能な胸部ストラップを使って測定することができる。検出器ユニット１６によって取得される測定値は、検出器ユニット１６に接続された再構成・画像処理コンピュータ１０に、たとえば非接触データ通信（図示せず）を通じて入力される。さらに、心電計８からは心電図が再構成・画像処理コンピュータ１０に転送される。この再構成・画像処理コンピュータ１０は検査領域１３における吸収の分布を再構成し、それをたとえば表示装置１１に表示する。二つのモーター２および５、再構成・画像処理コンピュータ１０、放射線源Ｓ、そして検出器ユニット１６から再構成・画像処理コンピュータ１０への測定値の転送は制御ユニット７によって制御される。制御ユニット７はさらに、心電計８から再構成・画像処理コンピュータ１０への心電図の転送も制御する。
【００２４】
他の実施形態では、取得された測定値および測定された心電図は再構成のためにまず一つまたは複数の再構成コンピュータに入力され、そこで再構成されたデータがたとえば光ファイバーケーブルを通じて画像処理コンピュータに転送される。
【００２５】
図２は、図１に示されたコンピュータ断層撮影装置を使って実行できる測定および再構成法の処理の流れを示している。
【００２６】
ステップ１０１での初期化ののち、ガントリーが回転するが、その角速度はこの実施例では一定としている。しかし、たとえば時間や放射線源位置の関数として変わるようにしてもよい。
【００２７】
ステップ１０３では、検査領域または対象または検査台は回転軸に平行に動かされ、放射線源Ｓがオンにされて、検出器ユニット１６は多数の角位置からの放射線を検出できるようになる。放射線源Ｓをオンにするのと同時、またはそれより前に心電計８が作動されており、心電図が同時に測定される。
【００２８】
その後、検査領域内で心臓が位置している空間領域が決定される。このためには、検査領域の吸収分布がまず、心電図を考慮に入れずに低解像度での測定値から再構成される。低解像度の例として、２０×２０×２０ｃｍ3の体積が６４3ボクセルで表現されるような場合がある。
【００２９】
ステップ１０５では、測定値が再構成のために平行再分配される。平行再分配によって、測定値はあたかも別の放射線源（螺旋の各部に配列されており、互いに平行なビーム扇を放出できる広がった放射線源）を使って別の検出器（回転軸１４を含む平面上の長方形の「仮想検出器」）を使って測定されたかのように再整列され、再内挿される。
【００３０】
この様子を図３を参照しつつより詳細に説明する。ここで、１７は検査領域を照射する放射線源の螺旋状の軌跡を表している。放射線源位置Ｓ0からは扇形のビームクラスター４３が発され、それを構成するビームは回転軸１４を含む平面内にある。位置Ｓ0の放射線源から放出される円錐形ビームクラスターは、放射線源位置Ｓ0を通り回転軸１４に平行な平面内にある多数の平面上のビーム扇から構成されていると考えることができる。図３はそれらのビーム扇のうちの一つだけ、すなわちビーム扇４３を示している。
【００３１】
それに加えて、図３にはほかのビーム扇４１、４２、４４、４５が示されている。これらはビーム扇４３に平行で、互いに平行で回転軸１４にも平行な平面内にある。対応する放射線源位置Ｓ−2、Ｓ−1、Ｓ1、Ｓ2に放射線源Ｓが来るのはそれぞれ放射線源位置Ｓ0に来る前および後である。
【００３２】
ビーム扇４１〜４５はグループをなし、テントのような形のビームクラスター７０を定義する。ビーム扇のグループのことを投影と呼ぶ。各投影に対して次に長方形の仮想検出器１６０が定義される。これは投影をなす平行なビーム扇群に垂直な向きで回転軸１４を含む平面上にある。仮想検出器１６０の端点は、放射線源位置の両端から向かい合う螺旋区間に入射するビームがこの平面を貫く点である。図３のビームクラスター７０の場合、Ｓ−2およびＳ2が放射線源位置の両端となる。長方形の検出器１６０上には、デカルト式に配列された検出素子が与えられている。すなわち、その行と列の上に測定された値が再内挿される。
【００３３】
その後、ステップ１０７において、個々のビームに対応する測定値に、各ビームの円錐角の余弦を重みとして乗ずる。ビームの円錐角とは、そのビームが回転軸１４に垂直な向きの平面となす角である。この角が小さければその角の余弦は事実上１なので、ステップ１０７は省略できる。
【００３４】
ステップ１０９では、測定値に対して、空間周波数で傾斜路状に増加する透過率を用いた一次元フィルタリングを適用する。このために、回転軸１４に垂直な方向、つまり仮想検出器１６０の行方向の一連の値それぞれが用いられる。このフィルタリングは、ビーム扇の全グループについて、仮想検出器の各行に沿って行われる。
【００３５】
他の実施形態では、平行再分配を省略することもできる。その場合、検出器ユニットはたとえば放射線源または回転軸を中心とする弧状に曲がっているのでフィルタリングも修正することが知られている。
【００３６】
ステップ１１１では、フィルタリングされた測定値を使って逆投影によって検査領域内の吸収分布の再構成が行われる。逆投影の個々のステップは図４に示している。
【００３７】
ステップ２０１では、あらかじめ設定できる撮像領域（FOV：field  of  view）内であるボクセルＶ（ｘ）が決定される。再構成は低解像度で行われるので、ボクセルの量はたとえば６４3、ＦＯＶは２０×２０×２０ｃｍ3などである。ステップ２０３では、当該ボクセルＶ（ｘ）の再構成にまだ使われていない投影、すなわちビーム扇のグループが選択される。その投影のどのビームも当該ボクセルＶ（ｘ）の中心を通らなければ、中心を通るビームが検出器面に入射したはずの点が決定される。次いで対応する測定値が、隣接するビームに対する測定値を内挿することによって計算される。当該ボクセルを通る投影のビームに対応させられる測定値、または内挿によって得られた対応する測定値が当該ボクセルＶ（ｘ）上にステップ２０５で累積される。ステップ２０７で、全投影が考慮されたかどうかが検査される。まだであればフローチャートはステップ２０３に戻り、そうでなければステップ２０９でＦＯＶ内の全ボクセルＶ（ｘ）の処理がすんだかどうかが検査される。まだであれば、方法はステップ２０１から続けられる。他方、ＦＯＶ内の全ボクセルＶ（ｘ）の処理がすんでいれば、ＦＯＶ全体における吸収が決定され、この再構成方法は終了する。
【００３８】
検査領域内で心臓が位置する空間領域を決定するために、次のステップ１１３において、再構成された三次元データレコード中において、心臓のセグメンテーション〔切り出し〕が行われる。
【００３９】
考えられる簡単なセグメンテーション法の一つは手作業によるセグメンテーションである。医師などのユーザーが、三次元データレコード中で心臓の表面にマークしていくのである。こうしたマークが線で結ばれ、それにより心臓の表面を表す網目が形成される。
【００４０】
考えられるさらなるセグメンテーション法は、心臓の変形可能モデル（deformable  model）を用いるもので、変形可能モデルをデータレコード中で動かし、回転させ、拡大縮小することによってデータレコードと心臓のモデルとの相関を最大化する。この既知のセグメンテーション法はたとえば“Deformable  models  in  medical  image  analysis：A  survey”，Medical  Image  Analysis，1(2)：91-108，1996において解説されており、ここに参照しておく。
【００４１】
考えられるもう一つの既知のセグメンテーション法は、領域成長（region  growing）または領域拡張（region  expansion）プロセスに基づくものである。これによると、ユーザーがあらかじめセグメンテーションすべきオブジェクト内、すなわち今の場合でいうと心臓の内部にいわゆるシードボクセルを定義する。次いでシードボクセルに隣接するボクセルが関連基準を使って検査され、心臓に属しているかどうかが決定される。この関連基準はたとえば、もとのボクセルのデータ値からある範囲内に含まれる値をもつかどうかといった事実でよい。データ値がその値の範囲内にあれば、当該ボクセルは心臓に属するものとされる。次の段階では、新たに心臓に属するものとされたボクセルの隣接ボクセルが関連基準を使って検査され、場合に応じて心臓に属するものとされる。この手順が心臓に属しうる隣接ボクセルがなくなるまで繰り返される。
【００４２】
セグメンテーションされた心臓は、検査領域において心臓によって占められる空間領域を表している。
【００４３】
検査領域内の周期的運動をする対象によって占められる空間領域のこの決定法は一つの実施形態を表すだけである。本発明ではこの空間領域を決定することのできるいかなる方法を用いてもよい。たとえば、検査領域は、“The  n-PI  Method  for  Helical  Cone-Beam  CT”，R.Proska，Th.K¨hler，M.Grass，J.Timmer，IEEE  Transactions  on  Medical  Imaging，Vol.19，848-863，September  2000に記載されているn-PI法のような他の既知の再構成技術を使って再構成してもよい。再構成はまた、“A  General  Cone-Beam  Reconstruction  Algorithm”，G.Wang，T.H.Lin，P.C.Cheng，D.M.Shinozaki，IEEE  Transactions  on  Medical  Imaging，Vol.12，486-496，March  1993にある方法を使って実行することもできる。ASSR（Advanced  Single-Slice  Rebinning）として知られる再構成法を使うことも可能であろう。これは先に述べた再構成に比べると画質は劣るものの、計算量が少なくてすむ。この方法はたとえば“Advanced  Single-Slice  Rebinningin  Cone-Beam  Spiral  CT”，M.Kachelriess，S.Schaller，W.A.Kalender，MedicalPhysics，Vol.27，No.4，754-772，2000で発表されている。放射線源が対象に対して相対的に動くのが円形の軌跡である場合の再構成法はたとえば“3D  Cone-Beam  CT  Reconstruction  for  Circular  Trajectories”，M.Grass，Th.K¨ohler，R.Proska，Physics  in  Medicine  and  Biology，Vol.45，No.2，329-347，2000で示されている。動く対象によって占められる空間領域を決定する再構成においては、再構成された三次元データレコードの解像度がたとえば既知のセグメンテーション法によって空間的内容を決定できるように選ばれることが重要である。この条件を満たすには、たとえば、２０×２０×２０ｃｍ3の体積が６４3またはそれ以上のボクセルによって表されればよい。本発明でのセグメンテーションには、三次元データレコード中でオブジェクトのセグメンテーションができるいかなる方法を用いてもよい。
【００４４】
三次元データレコード中でひとたび心臓のセグメンテーションが行われたら、心臓の幾何学的な中心がステップ１１５において簡単な幾何学的考察によって決定される。幾何学的中心を決定するのは、既知の三次元対象のみである。幾何学的中心は、たとえば、対象の密度が空間的に一定であると想定できるならばその対象の重心とできる。
【００４５】
ステップ１１７では、ステップ１０５で決定された各投影に時刻が割り当てられる。このために、ある投影のどのビーム扇が心臓の幾何学的中心を照射しているかが決定される。このビーム扇に対応する測定値が取得された時刻が当該投影に割り当てられる。
【００４６】
他の実施形態で、検査領域中の周期的運動をする対象によって占められる空間領域の決定の際にステップ１０５に基づく平行再分配が実行されていないような場合には、前記平行再分配はステップ１１７に先立って実行しておかなければならない。
【００４７】
周期的運動をする対象を測定の間に記録される動きを考慮に入れつつ再構成するには、ステップ１１９において反復される時間範囲が選択される。ここで、各時間範囲において当該対象は少なくとも実質同一な対象状態をとっているものとする。時間範囲の選択にあたっては、それらの時間範囲に当該対象がとる対象状態が互いにできるだけ違わないようにするのが好ましい。たとえば、二つの対象状態が互いにほとんど違わないといえるのは、それぞれの対象状態を特徴づける二つの測定信号の間の差が、すなわち心臓の場合には心電計からの信号の差が、ある測定を通じて検出される測定信号の最大値と最小値の差に比べて小さい場合である。二つの測定信号の差が小さいというのは、たとえば、測定を通じて検出される測定信号の最大値と最大値の差の１％、２％、５％などより小さい場合である。下記で引き続き説明する再構成においては、これらの時間範囲の間に取得された測定値のみが使われる。心臓の場合、心収縮期よりも心拡張期のほうが心臓の動きは著しく少ないので、心臓の動きの心拡張期の時間範囲を選ぶことが有用である。このことが図５に示されている。心電図Ｈの周期は、比較的動きの少ない範囲Ｈ1と動きの多い範囲Ｈ2からなる。この実施例では、再構成をさらに続ける上で時間範囲Ｈ1が選択される。この範囲においては対象状態はＨ2におけるよりも互いに違いが少ないからである。
【００４８】
ステップ１２１では、ステップ１０５で平行再分配された投影のうち時間範囲Ｈ1の間に取得されたものが決定される。このことも図５に示されている。ステップ１１７において、投影Ｐ0およびＰ1には時刻ｔ0およびｔ1が割り当てられていた。時刻ｔ0およびｔ1は時間範囲Ｈ1内にあり、よって投影Ｐ0およびＰ1はその後の再構成に使われる。これに対し、時刻ｔ2およびｔ3が割り当てられた投影は、時刻ｔ2およびｔ3が範囲Ｈ2内にあるため考慮されない。
【００４９】
他の実施形態で、検査領域内の当該オブジェクトによって占められる空間領域を決定する間に、ステップ１０７に基づいて測定値に該測定値に対応する円錐角の余弦を乗じなかった場合には、のちの逆投影に先立ってこれを実行しておくことができる。同じことはステップ１０９に基づくフィルタリングについてもいえる。
【００５０】
ステップ１２１で決定された投影に対応する測定値が次にステップ１２３で使われ、逆投影によって心臓中の吸収分布の再構成が行われる。この再構成の個々のステップが図６に示されている。
【００５１】
このためには、ステップ３０１では、あらかじめ設定できる撮像領域（FOV）内であるボクセルＶ（ｘ）が決定される。ボクセルの量はたとえば５１２3、ＦＯＶは２０×２０×２０ｃｍ3などである。ステップ３０３では、１２１で決定された投影のうちから、当該ボクセルＶ（ｘ）の再構成にまだ使われていない投影、すなわちビーム扇のグループが選択される。その投影のどのビームも当該ボクセルＶ（ｘ）の中心を通らなければ、中心を通るビームが検出器面に入射したはずの点が決定される。次いで対応する測定値が、隣接するビームに対する測定値を内挿することによって計算される。当該ボクセルを通る投影のビームに対応させられる測定値、または内挿によって得られた対応する測定値がステップ３０５で重み因子ｗp（ｘ）を乗じられる。ここで、下付き添え字はステップ３０３において選択された投影を表す。
【００５２】
重み因子ｗp（ｘ）を決定するには以下の考察が用いられる。データ取得の間、当該ボクセルＶ（ｘ）はある時刻に円錐形ビームクラスターによる照射を受けはじめ、この時点を日出（sunrise）ＳＲと称する。第二の時刻においてビームが再びビームクラスターを離れ、この時点を日没（sunset）ＳＳと称する。そこで、ステップ３０３で選択された投影に因子αp（ｘ）が割り当てられる。この因子は、ステップ１１７で割り当てられた時刻がＳＲまたはＳＳに比較的近い投影に対してのほうが、対応する時刻がＳＲやＳＳに比較的近くない投影に対するよりも小さくなる。比較的近いというのはたとえば、その投影の時刻が、ＳＲとＳＳの間の全範囲の５％、１０％、１５％、２０％などに相当するＳＲまたはＳＳの隣接範囲内に位置することを意味する。日出と日没の間における当該投影の時刻の位置の関数として因子αp（ｘ）のある代表例としての概形を示したのが図７である。この図では、ＳＲとＳＳの間の時間範囲は三つの区間に分けられている。ＳＲとＳＳの間の時間範囲の１０％を占める第一の区間Ｔ1においては、因子αp（ｘ）はＳＲからある値αcまで増加する。次の区間Ｔ2においては因子は一定でαcに等しく、やはりＳＲとＳＳの間の時間範囲の１０％を占める第三の区間Ｔ3においては因子は再びＳＳでの０に向かって減少する。
【００５３】
さらに、動きの多い時間範囲Ｈ2との境界により近い時刻よりも、ほとんど動きのない時間範囲Ｈ1の中心にある時刻におけるほうが心臓の動きは目立たないと想定される。よって、時間範囲Ｈ2との境界により近い時刻の投影の測定値よりも、時間範囲Ｈ1の中心にある時刻の投影の測定値により大きな重みをかける。このことを算入するため、第二の因子βp（ｘ）が測定値に割り当てられる。下付き添え字ｐはこの場合は投影を表し、また各投影には時刻が割り当てられているので、時刻をも表す。時間範囲Ｈ1内における時刻の位置の関数として、この因子は次のことを保証するような概形をもつようにできる。すなわち、この因子は時間範囲Ｈ2との境界により近い時刻の投影の測定値に対してよりも、時間範囲Ｈ1の中心にある時刻の投影の測定値に対して大きくなるものとする。代表例としての概形を示したのが図８である。
【００５４】
ある投影に属するビームの測定値にはみなステップ１１７において同じ時刻が割り当てられているので、ある投影の測定値はみなボクセルＶ（ｘ）に対する同じ重み因子ｗp（ｘ）をもち、その重み因子は次式によって定義される：
【００５５】
【数１】
0004571622.tif 000002
ここで、Σαi（ｘ）βi（ｘ）はステップ１２１で決定された、冗長でないすべての投影についての和を表す。
【００５６】
ステップ３０７では、重みをかけられた測定値が当該ボクセルＶ（ｘ）上に累積される。ステップ３０９で、全投影が考慮されたかどうかが検査される。まだであればフローチャートはステップ３０３に戻り、そうでなければステップ３１１でＦＯＶ内の全ボクセルＶ（ｘ）の処理がすんだかどうかが検査される。まだであれば、方法はステップ３０１から続けられる。他方、ＦＯＶ内の全ボクセルＶ（ｘ）の処理がすんでいれば、ＦＯＶ全体における吸収が決定され、この再構成方法は終了する（ステップ３１３）。
【００５７】
他の実施形態では、ステップ１２３およびステップ３０１〜３１３は、ステップ１２１で決定された平行投影から三次元データレコードを生成する他の既知の再構成法によって置き換えてもよい。
【００５８】
さらに、ステップ３０１〜３１３での再構成は冗長でない投影に限定してもよい。あるボクセルＶ（ｘ）に関してある投影が冗長であるとは、このボクセルＶ（ｘ）を通る投影のビームが、このボクセルを再構成するのにすでに使われた別の投影のあるビームの向きを逆にしたものになっているということである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に基づく方法を実行するために使うことのできるコンピュータ断層撮影装置を示す図である。
【図２】本発明に基づく方法のフローチャートである。
【図３】平行再分配されたビーム扇のビームクラスターを示す図である。
【図４】逆投影のフローチャートである。
【図５】心電図を示す図である。
【図６】さらなる逆投影のフローチャートである。
【図７】α因子の時間依存性を示す図である。
【図８】β因子の時間依存性を示す図である。
【図１】
0004571622.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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