【手続補正書】
【提出日】平成18年4月10日(2006.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  ３次元コンピュータトモグラフィイメージングのためのスキャニングおよびデータ収集方法およびイメージング装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  被検体中の関心領域（ＲＯＩ）の３次元コンピュータトモグラフィイメージングのためのスキャニングおよびデータ収集方法において、
被検体の少なくともＲＯＩへ円錐ビーム線源から放射線エネルギーを加えるステップと、
前記線源により移動するスキャンパスとして線源スキャニング軌道を規定するステップと、
エリア検出器に対し相対的に定置された円錐ビーム線源を用い、これらの線源と検出器を被検体に対し相対的に可動に位置決めして、前記スキャンパスに沿って被検体中のＲＯＩの周囲をスキャンするステップと、
前記スキャンパスに沿って１つの方向における複数の線源ポジションでスキャニングし、前記エリア検出器によって各線源ポジションにおいて円錐ビーム投影データセットを収集するステップと、
各投影データセットに対しマスクを適用してマスク補正データセットを形成するステップと、
データセットを収集した線源ポジションでスキャンパスの接線を成しスキャニング方向を向いた線の、データセットへの平行な投影の方向と平行な複数の平行線に沿って、各マスク補正データセットを畳み込み処理して、フィルタ補正データセットを生成するステップと、
各フィルタ補正データセットのデータに対し、３次元空間への重み付け３次元逆投影を行い、断片的な手法で被検体におけるＲＯＩの３次元画像を再構成するステップを有することを特徴とする、
３次元コンピュータトモグラフィイメージングのためのスキャニングおよびデータ収集方法。
【請求項２】  各投影データセットに対しマスクを適用してマスク補正データセットを形成する前記ステップには、マスクされたデータセットを収集した線源ポジションよりも上および下にある線源スキャンパスの検出器部分の平面への円錐ビーム投影による各データセットのためにマスクを形成する形成ステップを有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】  前記形成ステップによって、トップカーブとボトムカーブを有する各線源ポジションのためのマスクを形成し、マスクにおけるこれらトップカーブとボトムカーブの外側にあるすべての投影データをゼロにセットして、マスク補正データセットを形成する、請求項２記載の方法。
【請求項４】  線源スキャニング軌道を被検体中のＲＯＩを取り囲むヘリカルスキャンパスとして規定し、該スキャンパスは、被検体におけるＲＯＩの頂部において第１のスキャンパスサークルとつながっており、かつ被検体におけるＲＯＩの底部において第２のスキャンパスサークルとつながっている、請求項３記載の方法。
【請求項５】  被検体中のＲＯＩのトップにおけるスキャンパスの線源ポジションにて、前記マスクのトップカーブは前記第１のスキャンパスサークルの投影により形成される水平線部分を有し、前記マスクのボトムカーブはヘリカルスキャンパスの投影により形成される、請求項４記載の方法。
【請求項６】  被検体中のＲＯＩのボトムにおけるスキャンパスの線源ポジションにて、前記マスクのトップカーブはヘリカルスキャンパスの投影により形成され、前記マスクのボトムカーブは前記第２のスキャンパスサークル投影により形成される水平線部分を有する、請求項４記載の方法。
【請求項７】  前記トップカーブは、第１のスキャンパスサークルの投影とヘリカルスキャンパスの投影の交点により形成されている、請求項５記載の方法。
【請求項８】  前記ボトムカーブは、第２のスキャンパスサークルの投影とヘリカルスキャンパスの投影の交点により形成されている、請求項６記載の方法。
【請求項９】  前記畳み込みステップにおいて、マスク補正データセットのランプフィルタリングを行う、請求項１記載の方法。
【請求項１０】  前記畳み込みステップは関数
g(Y) = Re∫０ωｙ０ exp(iωY）ωdω
を有する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】  前記の重み付け３次元逆投影ステップにおいて、３次元被検体ボリュームにおける複数のサンプルポイントへの、各フィルタ補正データセットのデータの重み付け３次元逆投影を行う、請求項１記載の方法。
【請求項１２】  前記３次元被検体ボリュームは、円錐ビーム線源によりスキャンされた被検体中のＲＯＩボリュームに対応する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】  前記３次元被検体ボリュームの各サンプルポイントへ逆投影されるフィルタ補正データに対し割り当てる重み付けは、逆投影されるデータセットを収集した円錐ビーム線源のロケーションと各サンプルポイントの距離の二乗の逆数に比例する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】  被検体中の関心領域（ＲＯＩ）の３次元コンピュータトモグラフィイメージング装置において、
被検体の少なくともＲＯＩへ放射線エネルギーを加える円錐ビーム線源と、
放射線エネルギーを検出するエリア検出器と、
線源スキャニング軌道を線源により移動するスキャンパスとして規定する手段と、
マニピュレータが設けられており、該マニピュレータは、エリア検出器に対し相対的に固定された円錐ビーム線源を用い、前記の線源も検出器も被検体に対し相対的に可動に位置決めし、スキャンパスに沿う１つの方向における複数の線源ポジションにて被検体のＲＯＩ周囲をスキャンさせ、これにより前記エリア検出器は前記線源ポジションの各々において円錐ビーム投影データセットを収集し、
各投影データセットにマスクを適用してマスク補正データセットを生成するマスキング手段と、
データセットを収集した線源ポジションでスキャンパスの接線を成しスキャニング方向を向いた線の、データセットへの平行な投影の方向と平行な複数の平行線に沿って、各マスク補正データセットを畳み込み処理して、フィルタ補正データセットを生成する畳み込み処理手段と、
各フィルタ補正データセットのデータに対し、３次元空間への重み付け３次元逆投影を行い、断片的な手法で被検体中のＲＯＩの３次元画像を再構成する３次元逆投影手段が設けられていることを特徴とする、
３次元コンピュータトモグラフィイメージング装置。
【請求項１５】  前記マスキング手段により、マスクされたデータセットを収集した線源ポジションよりも上および下にある線源スキャンパスの検出器部分の平面への円錐ビーム投影による各データセットのためにマスクが形成される、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】  前記マスキング手段により、トップカーブとボトムカーブを有する各線源ポジションのためのマスクが形成され、マスクにおけるこれらトップカーブとボトムカーブの外側にあるすべての投影データはゼロにセットされ、マスク補正データセットが形成される、請求項１４記載の装置。
【請求項１７】  線源スキャニング軌道を規定する前記手段は該線源スキャニング軌道を、被検体中のＲＯＩを取り囲むヘリカルスキャンパスとして規定し、該スキャンパスは、被検体におけるＲＯＩの頂部において第１のスキャンパスサークルとつながっており、かつ被検体におけるＲＯＩの底部において第２のスキャンパスサークルとつながっている、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】  被検体中のＲＯＩのトップにおけるスキャンパスの線源ポジションにて、前記マスクのトップカーブは前記第１のスキャンパスサークルの投影により形成される水平線部分を有し、前記マスクのボトムカーブはヘリカルスキャンパスの投影により形成される、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】  被検体中のＲＯＩのボトムにおけるスキャンパスの線源ポジションにて、前記マスクのトップカーブはヘリカルスキャンパスの投影により形成され、前記マスクのボトムカーブは前記第２のスキャンパスサークル投影により形成される水平線部分を有する、請求項１７記載の装置。
【請求項２０】  前記トップカーブは、第１のスキャンパスサークルの投影とヘリカルスキャンパスの投影の交点により形成されている、請求項１８記載の装置。
【請求項２１】  前記ボトムカーブは、第２のスキャンパスサークルの投影とヘリカルスキャンパスの投影の交点により形成されている、請求項１９記載の装置。
【請求項２２】  前記畳み込み処理手段はマスク補正データセットのランプフィルタリングを実行する、請求項１４記載の装置。
【請求項２３】  前記重み付け３次元逆投影手段は、３次元被検体ボリュームにおける複数のサンプルポイントへの、各フィルタ補正データセットのデータの重み付け３次元逆投影を実行する、請求項１４記載の装置。
【請求項２４】  前記３次元被検体ボリュームは、円錐ビーム線源によりスキャンされた被検体中のＲＯＩボリュームに対応する、請求項２３記載の装置。
【請求項２５】  前記３次元被検体ボリュームの各サンプルポイントへ逆投影されるフィルタ補正データに対し割り当てられる重み付けは、逆投影されるデータセットを収集した円錐ビーム線源のロケーションと各サンプルポイントの距離の二乗の逆数に比例する、請求項２４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体中の関心領域（ＲＯＩ）の３次元（３Ｄ）コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）イメージングのためのスキャニングおよびデータ収集方法および
３次元（３Ｄ）コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
IEEE Trans.Med. Imag., MI-13(1994) 196-211 において、H.Kudo, T.Saito により、”Derivation and Implementation of a Cone-Beam Reconstruction Algorithm for Nonplanar Orbits”というタイトルで、フィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ, filtered backprojection）による円錐ビーム画像再構成技術について記述されている。
【０００３】
簡単に言えば、ＦＢＰ技術は各円錐ビームビューにおいて（つまり放射源が物体ないしは被検体をスキャンするときの放射源の各位置であって、イメージング検出器が対応する投影データセットを獲得する位置において）、以下のステップが実施されるように構成されている。
【０００４】
１．複数の角度θの各々における検出器平面１において獲得された測定円錐ビームイメージの１Ｄ投影（すなわち線積分）を計算する。図１Ａには、複数の角度θのうち所定の角度θ１ に関してこのステップが描かれている。ここで座標（ｒ，θ）における投影２は、角度θに対し垂直な複数の平行線Ｌ（ｒ，θ）に沿って検出器平面１上における円錐ビーム画像４の積分値を有しており、各平行線Ｌは原点０から増分距離ｒのところにある。一般に、検出器平面１がＮ×Ｎのピクセルアレイを有していれば、角度θの個数は典型的にはπＮ／２によって得られる。
【０００５】
２．ｄ／ｄｒフィルタにより各１Ｄ投影がフィルタリングされ、その結果、ｒ，θ座標の各々において新たな値のセットが生じる。これは、図１Ａにおける角度θ１ についてのフィルタ補正投影６によって示されているようなものである。
【０００６】
３．正規化関数Ｍ（ｒ，θ）によりフィルタ補正投影が正規化される。正規化は、線源位置および平行線Ｌ（ｒ，θ）と交差する積分平面Ｑ（ｒ，θ）がスキャンパスと交差する時点の回数を考慮するために必要とされる。なぜならば、各々のスキャンパスの交点において発生するデータにより、平面Ｑ（ｒ，θ）上の画像再構成に対する寄与量が生じるからである。
【０００７】
４．各角度θから検出器平面１と一致する２Ｄ物体空間７へ、フィルタ補正投影６が逆投影される。図１Ｂにはこのステップが描かれており、この場合、線８により、各θに対し垂直な方向で各ｒ，θ座標から２Ｄ空間７へ値が展開される。
【０００８】
５．ステップ４によって２Ｄ空間７に生成された逆投影画像の１Ｄｄ／ｄｔフィルタリングを実施する。この１Ｄフィルタリングはスキャンパスの方向で行われ、つまり線１０に沿って行われ、ｔはスキャンパスの方向に向いている。
【０００９】
６．３Ｄ物体ボリューム１２における複数のサンプルポイントＰへの、２Ｄ空間７に生じたデータの（すなわち検出器における各ピクセルからの）重み付け３Ｄ逆投影を実施する。各ポイントＰに割り当てられる密度は、各ポイントと見かけのｘ線源との距離の２乗の逆数により重みづけられる（前述の Kudo 等による論文の式５９を参照）。
【００１０】
上述の従来技術の手順を以下では６ステッププロセスと呼ぶことにする。このプロセスでは、物体の円錐ビーム画像全体がイメージングシステムの検出器において捕捉つまり収集されることを前提としている。この場合、角度θと原点からの距離ｒにおける検出器上の線Ｌ（ｒ、θ）と線源により、物体と交差する平面Ｑ（ｒ，θ）が形成されると考える。関数Ｍ（ｒ，θ）を無視すれば１〜６のオペレーションにより、平面およびそのすぐ近くを照射するＸ線データから平面Ｑ（ｒ，θ）上に再構成される物体密度に対する寄与量が計算される。６ステッププロセスは検出器駆動型であるため、平面を照射するデータからの寄与量は、平面がスキャンパスと交差しつまりはＸ線ビームにより照射されるごとに計算される。したがって、結果を正規化するステップ２におけるフィルタ関数後に、関数Ｍ（ｒ，θ）が用いられる。この場合、正規化は望ましくないものである。その理由は、イメージングスキャンパスに沿った各線源ポジションごとに２ＤアレイのＭ（ｒ，θ）の予備計算と記憶が、正規化のために必要とされるからである。通常、線源ポジションは数千ではないにしても数百はあるので、この種の正規化は計算に手間もかかるしリソース（コンピュータメモリ）も高価である。しかしながら Kudo らによる論文によれば第２０３頁に、特殊事例としてスキャンパスが円形の場合には、ステップ１〜５を簡略化して１つの信号畳み込みステップにできることが言及されており、このステップは実質的に、スキャンパス方向で円錐ビーム画像をランプ（傾斜）フィルタリング（ramp filtering）することから成る。このようなランプフィルタリングは、単一円軌道に対する周知の Feldkamp アルゴリズムに相当する。このようなアルゴリズムについての詳細は、L.A.Feldkamp, L.C.Davis, J.W.Kress による論文”Practiacl cone-beam algorithm”, J.Opt.Soc.Am.A.Vol.1, 1984, p.612-619 に記載されている（殊に第６１４頁の畳み込み関数の式１５，１６を参照、これによれば畳み込み関数は g(Y) = Re∫０ωｙ０ exp(iωY）ωdωとなっている)。この文献を本発明の参考文献とする。このような単純化のための鍵は、円形のスキャンパスであれば正規化関数Ｍ（ｒ，θ）が一定であり２と等しいことである。したがって、ステップ２の後に生じる各ｒ，θにおけるフィルタ補正投影は、データ冗長性を補償するために単に２で除算すればよい。
【００１１】
このような単純化を単一円以外の線源スキャンパスのために使用することが望ましいが、Kudo らによる論文には、このことをどのようにして行うのかを示唆する記載はなく、あるいはそれが可能であることさえ示唆されていない。
【００１２】
しかも上述の手順は、検出器が各ビューの物体の円錐ビーム画像全体を収集することを前提としているので、短距離検出器（short detector）すなわち各円錐ビームビューにおいて円錐ビーム画像の一部分だけしか収集しない検出器を備えた円錐ビームイメージング装置に適用することはできない。したがってこの現行の形態では、Kudo らのＦＢＰ技術を、ヘリカルスキャンパスをもちさらに短距離検出器を備えた円錐ビームイメージング装置に適用することはできない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
Kudo らの単一円スキャンイメージング装置のための画像再構成処理の単純化を、ヘリカルスキャンパスをもつ円錐ビームイメージングシステムにだけでなく、短距離検出器を備えたシステムにも適用することが望ましい。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、被検体の少なくともＲＯＩへ円錐ビーム線源から放射線エネルギーを加えるステップと、前記線源により移動するスキャンパスとして線源スキャニング軌道を規定するステップと、エリア検出器に対し相対的に定置された円錐ビーム線源を用い、これらの線源と検出器を被検体に対し相対的に可動に位置決めして、前記スキャンパスに沿って被検体中のＲＯＩの周囲をスキャンするステップと、前記スキャンパスに沿って１つの方向における複数の線源ポジションでスキャニングし、前記エリア検出器によって各線源ポジションにおいて円錐ビーム投影データセットを収集するステップと、各投影データセットに対しマスクを適用してマスク補正データセットを形成するステップと、データセットを収集した線源ポジションでスキャンパスの接線を成しスキャニング方向を向いた線の、データセットへの平行な投影方向と平行な複数の平行線に沿って、各マスク補正データセットを畳み込み処理して、フィルタ補正データセットを生成するステップと、各フィルタ補正データセットのデータに対し、３次元空間への重み付け３次元逆投影を行い、断片的な手法で被検体におけるＲＯＩの３次元画像を再構成するステップを有することを特徴とする、３次元コンピュータトモグラフィイメージングのためのスキャニングおよびデータ収集方法により解決される。
【００１５】
さらに本発明の課題は、被検体の少なくともＲＯＩへ放射線エネルギーを加える円錐ビーム線源と、放射線エネルギーを検出するエリア検出器と、線源スキャニング軌道を線源により移動するスキャンパスとして規定する手段と、マニピュレータが設けられており、該マニピュレータは、エリア検出器に対し相対的に固定された円錐ビーム線源を用い、前記の線源も検出器も被検体に対し相対的に可動に位置決めし、スキャンパスに沿う１つの方向における複数の線源ポジションにて被検体のＲＯＩ周囲をスキャンさせ、これにより前記エリア検出器は前記線源ポジションの各々において円錐ビーム投影データセットを収集し、各投影データセットにマスクを適用してマスク補正データセットを生成するマスキング手段と、データセットを収集した線源ポジションでスキャンパスの接線を成しスキャニング方向を向いた線の、データセットへの平行な投影方向と平行な複数の平行線に沿って、各マスク補正データセットを畳み込み処理して、フィルタ補正データセットを生成する畳み込み処理手段と、各フィルタ補正データセットのデータに対し、３次元空間への重み付け３次元逆投影を行い、断片的な手法で被検体中のＲＯＩの３次元画像を再構成する３次元逆投影手段が設けられていることを特徴とする、３次元コンピュータトモグラフィイメージング装置により解決される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
このように本発明は、被検体ないしは物体中の関心領域（ＲＯＩ）の３次元コンピュータトモグラフィイメージングのためのスキャニングおよびデータ収集方法ならびにイメージング装置に係わり、その際に複数の円錐ビーム投影データセットに対して画像再構成処理が行われるものであって、各セットは相応の複数のスキャンパス線源ポジションにおいて検出器上で捕捉される。最初の画像再構成処理ステップは、マスク補正データセットを形成するため各投影データセットに対しマスクを適用することから成り、この場合、マスクの外側のセットにおけるデータはゼロにセットされる。各データセットのためのマスクは、マスクされたデータセットを収集した線源ポジションよりも上および下の線源スキャンパスの部分における検出器の平面上への円錐ビーム投影により形成される。次の画像再構成処理ステップは、データセットを収集した線源ポジションでスキャンパスの接線を成し次の線源ポジションの方向にある線の、データセットへの平行な投影の方向と平行な複数の平行線に沿って、各マスク補正データセットをランプフィルタリングして、フィルタ補正データセットを生成することから成る。ついで、各フィルタ補正データセットに対し３次元空間への重み付け３次元逆投影が実行され、これによって断片的な手法で物体中のＲＯＩの３次元画像が再構成される。
【００１７】
【実施例】
図２には、本発明の原理による捕捉投影データの取得ならびに処理のために有用な円錐ビーム３次元ＣＴイメージング装置が示されている。図示されているイメージング装置は、本発明による画像再構成プロセスの実装に関してあとで詳しく説明する点以外については実質的に、１９９３年１０月２６日に付与されたアメリカ合衆国特許5,257,183 “METHOD AND APPARATUS FOR CONVERTING CONE BEAM X-RAY PROJECTION DATA TO PLANAR INTEGRAL AND RECONSTRUCTING A THREE-DIMENSIONAL COMPUTERIZED TOMOGRAPHY (CT) IMAGE OF AN OBJECT” ならびに１９９５年１０月３１日に付与されたアメリカ合衆国特許5,453,666 “HELICAL AND CIRCLE SCAN REGION OF INTEREST COMPUTERIZED TOMOGRAPHY”（これらは本発明の参考文献とする）に記載されたものと同じ原理に従って構成されており、それに従って動作する。
【００１８】
図２に示されているように、適切にプログラミングされたコンピュータ２０６からの制御信号に応答して、コンピュータ制御マニピュレータ２０８により、円錐または角錐のエネルギービーム（Ｘ線など）の線源２１０と、２次元ピクセル化された検出器アレイ２１２が、まえもって規定された線源スキャンパスに沿って順次発生する複数の離散した隣接線源ポジションにおいて共働（スキャニング）するようになる。この実施形態の場合にはスキャンパスは、被検体ないしは物体２１６のまえもって定められた軸２１５に中心の置かれたヘリカルスキャンパス２１４として示されている。物体２１６のまわりを周回するスキャンパスまたは物体２１６を横断するスキャンパスのような他の形式のスキャンパスも使用できるが、あとで明らかにされるように、その平行投影において高度な対称性をもつスキャンパス２１４が好ましい。
【００１９】
検出器に対する高さにかぎっての要求を挙げると、検出器の高さをそのヘリカルスキャンパスの投影における隣り合うターン間の距離よりも高くすべきである、というものである。有利な実施形態において、物体３１６のＲＯＩだけをイメージングすべき場合には、ＲＯＩのトップレベルにおけるトップサークルスキャンＴと、ＲＯＩのボトムレベルにおけるボトムサークルスキャンＢが得られるような周知の技術が加えられる。
【００２０】
パス２１４に沿って線源ポジションの各々において、コンピュータ２０６とマニピュレータ２０８のコントロールのもとで線源と検出器が共働した結果、Ｘ線エネルギーはイメージング装置のビューフィールドを通過し、物体２１６によって減衰し、検出器２１２内のエレメント（ピクセル）に投射する検知されたＸ線エネルギーに対応する投影データのセットが発生する。投影データの各々のセットはデータ収集装置（ＤＡＳ）２１７へ供給され、これは図２について先に説明した個所で述べたように、捕捉投影データのディジタル化および記憶のための技術分野における当業者に周知のようにして動作可能である。
【００２１】
先に挙げたアメリカ合衆国特許5,257,183 および5,453,666 の場合、画像再構成プロセッサ２１８は、ラドン・スペースドリブン変換（Radon space driven conversions）により実現されており、これによってディスプレイ２２０上で物体２１６の画像再構成が行われる。ここで望ましいのは、前述の Kudo らの論文で言及されているフィルタ補正逆投影技術、殊に単一円スキャンに適用可能な単純化方式を、図２の画像再構成プロセッサ２１８とともに使用するやり方を見出すことである。
【００２２】
本発明によれば、ＲＯＩ再構成のためのデータコンビネーションの技術を、Kudo らの単一円スキャンイメージング装置のための画像再構成処理の単純化と組み合わせるやり方が得られ、これによればヘリカルスキャンパスを有することができるだけでなく、短距離検出器（short detector）も使用可能な円錐ビームイメージング装置が提供される。
【００２３】
したがって、手間のかかる計算の必要性が抑えられることで画像再構成処理が著しくスピードアップし、前述の６ステッププロセスのうち正規化ステップ３のための大きなメモリアロケーションの必要性がなくなり、さらにイメージング装置は各線源ポジションで物体のＲＯＩの全体のビューを収集しない検出器を使用できる。
【００２４】
このように本発明の１つの観点によれば、Kudo らの６ステッププロセスでなされているような関数Ｍ（ｒ，θ）の除算の代わりに、いかなるオーバラップもなく平面を照射する種々の線源ポジション間の平面Ｑ（ｒ，θ）のＸ線ビーム到達範囲を分割することにより達成される。
【００２５】
さらに詳しく説明すると、図３にはＸ線ビーム到達範囲を分割するというこのコンセプトが描かれており、これによれば典型的な積分平面Ｑ（ｒ，θ）が表されており、この平面は、円筒状の物体２１６と、仮想円筒における物体２１６の周囲に巻き付いているものとするヘリカルスキャンパス２１４と交差している。図２には、平面Ｑのエッジの様子が描かれている。この場合、非垂直平面が楕円内の円筒と交差することになるので、平面Ｑ（ｒ，θ）は内側と外側の２つの楕円内で物体２１６および円筒状のヘリカルスキャンパス２１４と交差している。
【００２６】
積分平面Ｑと物体の円筒と交点は小さい方の楕円Ｅ１で表されており、スキャンパスの円筒と交点は大きい方の楕円Ｅ２で表されている。ヘリカルスキャンパス２１４はスキャンパスの円筒上にあるので、これは楕円Ｅ２上の各ポイントにおける平面Ｑと交差している。図３には、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３としてそれらの線源ポジションが示されている。同様にこの図からわかるように、物体関心領域（物体２１６において陰影の付された部分）のトップエッジとＥ２との交点に位置する２つのポイントＴ１およびＴ２で、トップスキャンパスサークルが平面と交差しており、さらに物体関心領域のボトムエッジとＥ２との交点に位置する２つのポイントＢ１およびＢ２で、ボトムサークルが平面と交差している。その他の積分平面も、それらの配向に応じて多かれ少なかれヘリカルスキャンパス交点を有することができ、それらはトップサークルスキャンパスまたはボトムサークルスキャンパスの一方と交差してはならない。
【００２７】
さらに図３に示されているように、関心領域（陰影領域３００）内に位置する積分平面Ｑの一部分を照射する線源ポジションは、Ｔ２，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｂ２である。積分平面におけるこの部分の関心領域３００の完全なＸ線有効範囲は、図３に示されているようにこれら５つのポイントで収集されたデータの適切な組み合わせによって達成できる。たとえばＴ２においては、Ｔ１Ｔ２とＳ１Ｔ２の成す角度内の円錐ビームデータだけを使用し、Ｓ１においては、Ｔ２Ｓ１とＳ２Ｓ１の成す角度内の円錐ビームデータだけを使用する、という具合である。このようにして、Ｐ１〜Ｐ５の５つの部分平面がＴ２，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｂ２によって規定され、これらはオーバラップしておらず、物体２１６の関心領域すなわちＲＯＩ内にある平面Ｑの一部分をそれぞれいっしょになって完全にカバーしている。このようにして、寄与する線源ポジションの各々からの円錐ビームデータ全体によって、いかなるオーバラップもなく１度だけ平面Ｑ（ｒ，θ）全体が照射される。このようなデータコンビネーション技術の詳細については、本出願人の円錐ビームに関する特許たとえばアメリカ合衆国特許5,463,666 などを参照されたい。
【００２８】
ラドンデータに対する固有のオーバラップしていない寄与量だけが投影データから生成されるので、関数Ｍ（ｒ，θ）をすべての円錐ビームビューについて均一にセットすることができる。したがって、線源ポジションの各々で収集された検出器データが処理されたとき、次に説明するように、ＲＯＩと交差する各平面に対する寄与量は１度だけ再構成される。
【００２９】
本発明の原理に従って、単純化された６ステッププロセスに対し２つの変形実施形態を構成する。これによれば、ヘリカルスキャンパスのみならず短距離検出器も有する円錐ビームイメージングシステムを利用することができる。
【００３０】
変形実施形態１
図３のところですでに説明したように、データ冗長性を回避し、それによって正規化関数Ｍ（ｒ，θ）を不要にする目的で、捕捉円錐ビーム投影データを適切な角度範囲に制約すべきである。これはマスキングプロセスを利用して達成可能である。一般に、捕捉円錐ビームデータのマスキングは周知であり、たとえば１９９６年４月２日に付与されたアメリカ合衆国特許5,504,792 を参照されたい。図４には、本発明のこの観点に従って構成されたマスク４００が描かれている。マスク４００はトップカーブ４０２とボトムカーブ４０４から成り、各々のカーブは、検出器（図２の２１２）において目下の線源ポジションの上のヘリカルスキャンパスターンと下のヘリカルスキャンパスターンの円錐ビーム投影により形成されるものである。線源を検出器原点と結ぶ線が検出器平面と垂直になるよう、回転軸に配置されたフラットな検出器について、ヘリカルスキャンパス投影に対するトップカーブ４０２に関する式は、
【００３１】
【数１】
2000081318.tif 000001
【００３２】
によって表される。ここでｘとｙは検出器のデカルト座標であり、ｙ軸は回転軸と一致し、αはヘリカルの半径、ｈは隣り合うヘリカルターン間の距離（ピッチ）である。ボトムカーブ４０４は原点を中心とするトップカーブ４０２の反転であり、つまり（ｘ，ｙ）−＞（−ｘ，−ｙ）である。
【００３３】
図２に関連して説明したように、ＲＯＩイメージングの場合、トップレベルとボトムレベルにおいては円弧スキャンが必要とされる。トップサークルスキャンＴはヘリカルスキャン開始前に角度（π＋α）でスタートし、ボトムサークルスキャンＢはヘリカルスキャン終了後に角度（π＋α）で終わる。ここでαはＸ線ビームのファン角度である。各線源ポジションにおいて用いられる精密なマスクの詳細な外面的形状は、スキャンパス中の線源のロケーションに依存する。したがって図５に描かれているように、ヘリカルスキャンパスを５つの別個の領域に分けることができる。第１の領域は、トップサークルのラスト（π＋α）ターンから成る（時計回りにＢからＡ）。第２の領域は、ヘリカルのファースト（π＋α）ターンから成る（時計回りにＡからＣ）。第３の領域は、ヘリカルの内側部分から成り、つまりファースト（π＋α）ターン後でありラスト（π＋α）ターン前の部分から成る。第４の領域は、ヘリカルのラスト（π＋α）ターンから成る（第２の領域と同様）。第５の領域は、ボトムサークルのファースト（π＋α）ターンから成る（第１の領域と同様であるがボトムである）。これら５つの領域のためのマスクについて、図６および図７を参照しながら以下でさらに詳しく説明する。なお、これらの図面では、トップからボトムへ時計回り方向で放射線源が回転するものとする。
【００３４】
（１）トップサークルのラスト（π＋α）ターンについて、図６のマスク６００参照。この場合、
・トップカーブ：トップ円弧のレベルにおける水平線
・ボトムカーブ：原点を中心とする式（１）の反転
（２）スパイラルのファースト（π＋α）ターンについて、図７のマスク７００参照。この場合、
・トップカーブ：２つのカーブの交点：標準トップスパイラルマスク、式（１）、および式
【００３５】
【数２】
2000081318.tif 000002
【００３６】
により表される線源から投影されたトップサークルの円錐ビーム投影、ここで２ｂはトップサークルとボトムサークルとの距離である。
【００３７】
（３）スパイラルの内側部分について、図４のマスク４００参照。ここで、
・トップカーブ：式（１９
・ボトムカーブ：原点を中心とする式（１）の反転
（４）スパイラルのラスト（π＋α）ターンについて、図７のマスク７００参照。ただしこれは１８０゜回転されている。
【００３８】
（５）ボトムサークルのファースト（π＋α）について、図６のマスク６００参照。ただしこれは１８０゜回転されている。
【００３９】
したがって本発明の着想によれば、単純化された６ステッププロセスの原理を短距離検出器を有する円錐ビームイメージング装置へ組み入れるのに必要とされる第１のステップにおいて、各線源ポジションにおいて検出器により収集された投影データセットを、図４および図６〜図７のマスクのうち適切な１つを用いて制限される。マスキングの一般的な原理によれば、マスク外のセット中のデータはゼロ値に変えられる一方、マスク内のデータはそのまま変化させない。投影データセットが適切なマスクによって制限された後、ここではそれに対してマスク補正投影データセット、あるいはもっと簡単にマスク補正データセットと呼ぶ。マスクは、目下の線源ポジションの上のスパイラルターンと下のスパイラルターンの円錐ビーム投影によって形成されるので、マスクされた区間は、図３に描かれたデータコンビネーション原理により必要とされるように、先行の線源ポジションと後続の線源ポジションによって囲まれた角度範囲と正確に一致する。図２のコンピュータ２０６は画像再構成中、”実行中に（オンザフライで）”マスク４００を計算することもできるし、あるいは事前に計算してシステムのメモリに格納しておいてもよい。
【００４０】
変形実施形態２
本発明の２番目の着想によれば、マスク補正投影データセットに対し Feldkamp のランプフィルタリング技術が適用され、これによって従来技術の６ステッププロセスのステップ１〜５が、図８に描かれているように単一のランプフィルタリングステップとなるよう単純化される。いっそう特有であるのは、各マスク補正データセットが、そこに形成された以下のような複数の平行線ｔに沿ってランプフィルタリングされることである。すなわちそれらの平行線は、データセットを収集した線源ポジションにあり次の線源ポジションの方向にあるスキャンパスの接線を成す１本の線のデータセットへの平行な投影と平行であり、その平行な投影の方向にある。これらの線に沿った各マスク補正データセットのランプフィルタリングによって、フィルタリングされた複数の相応のデータセットが生成され、この場合、各線に沿った各ポイントにおけるデータは、 Kudo らの６ステッププロセスのステップ１〜５によって生成されたもののように、そのポイントにおけるラドンデータの総和である。
【００４１】
ランプフィルタリングのこのような単一ステップは、従来技術のステップ１〜５を用いるよりもずっと高速であるが、トレードオフがありないしは代償を払わねばならず、つまりこのようにして生成されたラドンデータは、精確な再構成に必要とされるよりもいくらか精度が落ちる。その理由は、Kudo らによる６ステッププロセスの場合、線積分微分（line integral derivative）データを計算するときには、投影データのマスキングは行われないからである。同様に、Kudo らの６ステッププロセスの変形として USSN 09/052,281 に記載されているように、線積分微分（line integral derivative）を計算した線Ｌの長さだけ投影データをマスキングしないやり方もある。これはたとえば USSN 09/052,281 に記載されているように、隣り合う線Ｌ１とＬ２に対する線積分はマスクされず、実際には、線Ｌを規定する検出器列よりも上および下の検出器列が、これら線積分を決定するために使用される。この場合、線Ｌに対する線積分微分を計算するために、線Ｌ１とＬ２に対する線積分が減算された後でのみ、線Ｌでマスキングが行われる。しかしながらこれに伴い、本発明によるマスク補正投影データのランプフィルタリングにおける必然的な結果として、線Ｌ１とＬ２の長さはやはりマスクとのそれらの交点によって制限されることになる。これによって理論的には、再構成の精確さがいくらか劣ることになるけれども、画像再構成速度の改善のトレードオフであることからすれば、本発明は有効な用途をもつことになる。
【００４２】
これまで、比較的小さい検出器を備えた円錐ビームＣＴイメージング装置における単純化された３Ｄ逆投影画像再構成技術を利用することのできる新規な方法および装置について説明してきた。しかしこれまでの説明や有利な実施形態を開示した図面を参考に、当業者であれば種々の変形やその他の利用法ならびに対象用途が明らかである。たとえばランプフィルタリングを、図示したリアルスペースのフィルタリングに対しフーリエスペースにおいてマスク補正データを処理することにより実現可能である。また、先に述べたように、他のスキャンパスも使用可能である。このような変形や他の利用法や用途は、これまで述べてきたことから逸脱しないかぎり本発明の及ぶところであり、本発明は特許請求の範囲によってのみ制約されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
Kudo らによる従来技術の円錐ビームが贈再構成のための３次元逆投影手法を説明する図である。
【図２】
本発明の原理による画像再構成の実行に有用な円錐ビームイメージング装置を示す図である。
【図３】
本発明の１つの着想によるデータコンビネーションのための手順を示す図である。
【図４】
本発明の原理による捕捉円錐ビーム投影データのために有用なマスクを示す図である。
【図５】
図４，図６，図７に示したマスクの生成について説明する図である。
【図６】
本発明の原理による捕捉円錐ビーム投影データのために有用なマスクを示す図である。
【図７】
本発明の原理による捕捉円錐ビーム投影データのために有用なマスクを示す図である。
【図８】
本発明の原理による捕捉円錐ビーム投影データを処理するためのマスクの使用法について説明する図である。
【符号の説明】
２０６  コンピュータ
２０８  マニピュレータ
２１０  線源
２１２  検出器アレイ
２１４  ヘリカルスキャンパス
２１６  物体
２１７  データ収集装置
２１８  画像再構成プロセッサ
２２０  ディスプレイ
４００  マスク
４０２  トップカープ
４０４  ボトムカーブ