(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体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、前記収集ビューを選択したビュー範囲内で補間して、補間ビューを作成するステップと、前記補間を補償するために前記補間ビューに対して重み付けを行うステップと、前記収集ビューに対して重み付けを行うステップと、前記の重み付けした補間ビュー及び前記の重み付けした収集ビューに対してフィルタ処理及び逆投影を行って、被検体の画像を作成するステップと、を含み、
前記システムを、選択した領域内で収集ビューを補間するように構成させることが、前記システムを、β0及びβ1をパラメータとして［０．５π−β0−β1，０．５π＋β0＋β1］または［１．５π−β0−β1，１．５π＋β0＋β1］のビュー範囲内で収集ビューを補間するように構成させることを含む、む方法。
【請求項２】
被検体の画像を作成するためのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムであって、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こと、前記収集ビューを選択したビュー範囲内で補間して、補間ビューを作成すること、前記補間を補償するために前記補間ビューに対して重み付けを行うこと、前記収集ビューに対して重み付けを行うこと、前記の重み付けした補間ビュー及び前記の重み付けした収集ビューに対してフィルタ処理及び逆投影を行って、被検体の画像を作成すること、を行うように構成され、
前記システムを、選択した領域内で収集ビューを補間するように構成させることが、前記システムを、β0及びβ1をパラメータとして［０．５π−β0−β1，０．５π＋β0＋β1］または［１．５π−β0−β1，１．５π＋β0＋β1］のビュー範囲内で収集ビューを補間するように構成させることを含む、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム。
【請求項３】
前記システムを、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ように構成させることが、前記システムを、前記収集ビューを生成するために実施するスキャンのタイプに基づいて重みを適用するように構成させることを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
β0＝β1＝０．３５７ラジアンである、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
さらに、パラメータβ0及びβ1を修正するように構成されている請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムを、選択したビュー範囲内で収集ビューを補間するように構成させることが、前記システムを、被検体のビューの収集投影サンプルにラグランジュ補間公式を適用するように構成させることを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムを、被検体のビューの収集投影サンプルにラグランジュ補間公式を適用するように構成させることが、前記システムを、被検体のビューの収集投影サンプルに４次ラグランジュ補間公式を適用するように構成させることを含む、請求項６に記載のシステム。
【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」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、０．８秒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、ガントリの１回転当たり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。スキャン速度をガントリの１回転当たり少なくとも０．５秒まで上昇させ、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０．５秒スキャンではガントリの１回転当たり７０４ビューが得られ、ガントリの１回転当たり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)アーチファクトなどのビュー・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により再構成における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】
臨床スキャンの多くでは、画像の再構成の前に投影の重み付けをする必要がある。例えば、スキャン時間を概ね４０％短縮させるためにハーフスキャン重み付けが実施されてきた。アキシャル・スキャンのプロトコルでは、患者の動きを抑制するために、アンダースキャン重み付けが使用される。一方、ヘリカル重み付け（例えば、「高画質」モードすなわちＨＱモードや、「高速度」モードすなわちＨＳモード）は、スキャン中にテーブルを一定速度で並進させることにより生じるアーチファクトを回避するために使用されてきた。したがって、画像再構成の前に投影の重み付けを必要とする場合において、ビュー・エリアシング・アーチファクトを低減させた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。さらに、こうした方法及び装置を共役サンプルを使用する必要なしに動作させ、ハーフスキャン再構成を可能にすることが望ましい。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、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る。本方法は、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、選択したビュー範囲内で該収集ビューを補間して、補間ビューを作成するステップと、該補間ビューに対して重み付けを行って、該補間を補償するステップと、前記収集ビューに対して重み付けを行うステップと、前記重み付けした補間ビュー及び前記重み付けした収集ビューに対してフィルタ処理及び逆投影を行って、被検体の画像を作成するステップとを含む。
【０００９】
この実施形態において、共役サンプルを使用する必要なしに、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。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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、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、実施の一形態では、被検体に対する収集ビューを選択したビュー範囲内で補間して補間ビューを作成するステップと、該補間ビューに対する重み付けを行い該補間を補償すること及び該収集ビューに対する重み付けを行うこと含む該ビューに対する重み付けを行うステップと、重み付けした補間ビュー及び重み付けした収集ビューに対してフィルタ処理及び逆投影を行い被検体の画像を作成するステップと、を含む。選択したビュー範囲では、その補間は均等である。（０，２π）の領域では、その補間は不均等である。実施の一形態では、ＣＴイメージング・システム１０により追加のスキャン依存の重み付け（例えば、ハーフスキャン、アンダースキャンまたはヘリカルスキャン重み付け）を適用し、その収集ビューにスキャン依存の重みをもたせるようにする。
【００１５】
収集ビューに対するビュー補間は、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 ］のビュー範囲内で実行される。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が適用できる。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。被検体２２のビューに対する投影サンプルの組ｐ（γ，βi ）（ここで、γは投影ファン角度である）は、ビュー角度βi （ここで、ｉ＝１，．．．，Ｎであり、Ｎは積算に使用するビューの数である）の位置に相当する。（実施の一形態では、この投影サンプルの組ｐ（γ，βi ）に対して重み付けを行う。例えば、ハーフスキャン、アンダースキャンまたはヘリカルスキャン重み付けを用いる。）。位置βにおける推定投影ｐ’（γ，β）は次式により表せる。
【００１６】
【数９】
0004576059.tif 000002
【００１７】
上式において、
【００１８】
【数１０】
0004576059.tif 000003
【００１９】
である。
【００２０】
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 のときの元の収集データ・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処理に先だって、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。
【００２１】
【数１１】
0004576059.tif 000004
【００２２】
上式において、βc の値は補間する投影領域に応じてβc ＝０．５πまたはβc ＝１．５πであり、αは１つのパラメータであって、実施の一形態では０．２５に等しい、また
【００２３】
【数１２】
0004576059.tif 000005
【００２４】
である。
【００２５】
投影サンプルは２πの範囲全体にわたり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。
【００２６】
実施の一形態では、本方法は共役サンプルに頼ることがない。不均等サンプリングに対して共役サンプルの使用が必要となるような場合では、画像再構成のための最小のデータの組は投影角度２πにわたる投影からなる組となる。（サンプル（γ，β）に対する投影角度はβ＋π−２γである。）。あるファンビーム再構成に対する最小のデータ組は、π＋２γm （ここで、γm は最大ファン角度）の角度範囲に及んでいる。最小のデータ組の共役サンプルを含むデータ組に、最小のデータ組それ自体が加えられ、その投影角度は２π以上に及んでいる。したがって、共役サンプルに頼った方法は（π＋２γm の投影角度を使用する）ハーフスキャン再構成では用いることができない。本方法の実施形態では、再構成画像に対する寄与を限局的に保持させることによっている。すなわち、任意のβの近傍において元の収集ビュー及び補間したビューの全体的寄与を一定に保っている。
【００２７】
元の補間ビューの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、元の収集サンプルまたは重み付けした収集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。
【００２８】
実施の一形態では、その収集ビューに対して、フィルタ補正逆投影を行う前に重み関数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。
【００２９】
【数１３】
0004576059.tif 000006
【００３０】
上式において、βc の値は補間する投影領域に応じてβc ＝０．５πまたはβc ＝１．５πであり、
【００３１】
【数１４】
0004576059.tif 000007
【００３２】
である。
【００３３】
多くの臨床用途では、収集ビューに対して追加の重み関数を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、アンダースキャン重みが適用される。ヘリカル用途では、ヘリカル用重み関数を適用してヘリカル・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つのスキャンタイプ依存の重み関数と組み合わせて上記の適応補間を使用する。補間ビューは、元の収集データではなくスキャンタイプ依存の重み付けをした収集データに基づいて取得される。したがって、（式１）〜（式６）の処理はスキャンタイプ依存の重み付けをした投影に対して適用される。重み付けした収集ビュー（スキャンタイプ依存の重み付けとｗ’（γ，β）の双方により重み付けされている）と重み付けした補間ビューとは、フィルタ処理及び逆投影を受け、被検体の画像が形成される。
【００３４】
したがって、本発明の実施形態では、スキャンタイプ依存の重みのすべてに対して適した補間を利用していることを理解されたい。更なる利点として、本発明の実施形態では補償のために共役サンプルに頼っていないことがある。
【００３５】
適応補間の前にスキャンタイプ依存の重み付けを行っている本発明の実施の一形態を用いて、０．５秒のヘリカルスキャンを用いて３：１ピッチ（ＨＱモードに相当する）で収集したデータから、ファントムに対する例示的画像を再構成した。この画像は、再構成の前にヘリカル重みのみを適用する０．８秒のヘリカルスキャンによる画像に匹敵する画質を示した。
【００３６】
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。画像再構成の前に重み付けを必要とする場合、重み付けの後に適応補間を適用する本発明の実施形態により、共役サンプルが利用可能でない場合であっても、その画質を改善させることができる。
【００３７】
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。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図である。
【符号の説明】
１０  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  患者、被検体
２４  回転中心、アイソセンタ
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  大容量記憶装置
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】
0004576059.tif 000008
【図２】
0004576059.tif 000009