(57)【要約】【課題】疎な方向を有する複数の検出器から得られる投影データに基づいて再構成された画像の画質を低減させることなくかつ低コストを実現できる再構成装置を提供すること。【解決手段】本実施形態に係る画像再構成装置は、Ｘ線検出器１０３からの出力に基づいて対象物に関する投影データを収集するデータ収集部と、投影データの収集に関する複数の方向のうち最小のサンプリング数に関する方向を除いた複数の方向各々に沿って投影データを微分した導関数を発生し、投影データに関するＸ線の焦点位置とＸ線検出器１０３における複数のＸ線検出素子各々の位置とに基づいて重みを決定し、決定された重みを用いて導関数に重み付けし、重み付けされた導関数と投影データとを組み合わせた組み合わせデータを発生し、組み合わせデータを逆投影することにより画像を再構成する再構成部１１４と、を具備することを特徴とする。【選択図】図１
2013192951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対するスキャンにより、Ｘ線検出器からの出力に基づいて前記対象物に関する投影データを収集するデータ収集部と、
前記投影データの収集に関する複数の方向のうち最小のサンプリング数に関する方向を除いた複数の方向各々に沿って前記投影データを微分した導関数を発生し、前記投影データに関するＸ線の焦点位置と前記Ｘ線検出器における複数のＸ線検出素子各々の位置とに基づいて重みを決定し、前記決定された重みを用いて前記導関数に重み付けし、前記重み付けされた導関数と前記投影データとを組み合わせた組み合わせデータを発生し、前記組み合わせデータを逆投影することにより画像を再構成する再構成部と、
を具備することを特徴とする画像再構成装置。
【請求項２】
前記再構成部は、
前記対象物周りのＸ線管の移動軌跡に従って、前記移動軌跡上の複数点と前記複数点にそれぞれ対向する複数の対向点とを結ぶ一群の複数の弦を選択し、
前記選択された弦上に前記組み合わせデータを逆投影し、ヒルベルト変換を実行することにより、前記選択された弦上における複数の画像を取得し、
前記弦上の複数の画像をデカルト座標に変換すること、
を特徴とする請求項１に記載の画像再構成装置。
【請求項３】
前記投影データの収集に関する複数の方向は、
前記Ｘ線検出器におけるチャネル方向および列方向と、前記対象物に対するビュー方向であること、
を特徴とする請求項２に記載の画像再構成装置。
【請求項４】
前記再構成部は、
前記最小のサンプリング数に関する方向である前記チャネル方向に沿って前記投影データを微分した導関数を、
【数１】
2013192951.tif 000014
を前記重みとして用いて消去し、ｘｃは前記弦上の座標であり、λは前記移動軌跡上の点の座標であり、νは前記列方向を示すコーン角であり、
【数２】
2013192951.tif 000015
を特徴とする請求項３に記載の画像再構成装置。
【請求項５】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
前記Ｘ線管の焦点から発生され、被検体を透過したＸ線を検出する複数の検出素子を、第１方向に沿って所定の間隔で、前記第１方向に直交する第２方向に沿って隣接して配列されたＸ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器と搭載し、所定の回転方向に回転可能な環状フレームと、
前記Ｘ線検出器からの出力に基づいて、投影データを収集するデータ収集部と、
前記第２方向およびビュー方向各々に関して前記投影データを微分した導関数と、前記焦点の位置と前記検出素子各々の位置とに基づいて発生された複数の重みと、前記投影データとに基づいて、画像を再構成する再構成部と、
を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
前記Ｘ線検出器は、第４世代の幾何学的配置に設けられること、
を特徴とする請求項５に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項７】
前記Ｘ線検出器は、第３世代の幾何学的配置に設けられること、
を特徴とする請求項５に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項８】
対象物に対するスキャンにより、Ｘ線検出器からの出力に基づいて前記対象物に関する投影データを収集し、
前記投影データの収集に関する複数の方向のうち最小のサンプリング数に関する方向を除いた複数の方向各々に沿って前記投影データを微分した導関数を発生し、
前記投影データに関するＸ線の焦点位置と前記Ｘ線検出器における複数のＸ線検出素子各々の位置とに基づいて重みを決定し、
前記決定された重みを用いて前記導関数に重み付けし、
前記重み付けされた導関数と前記投影データとを組み合わせた組み合わせデータを発生し、
前記組み合わせデータを逆投影することにより画像を再構成すること、
を特徴とする画像再構成方法。
【請求項９】
前記逆投影することは、
前記対象物周りのＸ線管の移動軌跡に従って、前記移動軌跡上の複数点と前記複数点にそれぞれ対向する複数の対向点とを結ぶ一群の複数の弦を選択し、
前記選択された弦上に前記組み合わせデータを逆投影し、ヒルベルト変換を実行することにより前記選択された弦上における複数の画像を取得し、
前記弦上の複数の画像をデカルト座標に変換すること、
を特徴とする請求項８に記載の画像再構成方法。
【請求項１０】
前記投影データの収集に関する複数の方向は、
前記Ｘ線検出器におけるチャネル方向および列方向と、前記対象物に対するビュー方向であること、
を特徴とする請求項９に記載の画像再構成方法。
【請求項１１】
前記最小のサンプリング数に関する方向である前記チャネル方向に沿って前記投影データを微分した導関数を、
【数３】
2013192951.tif 000016
を前記重みとして用いて消去し、ｘｃは前記弦上の座標であり、λは前記移動軌跡上の点の座標であり、νは前記列方向を示すコーン角であり、
【数４】
2013192951.tif 000017
を特徴とする請求項１０に記載の画像再構成方法。
【請求項１２】
前記投影データの収集することは、第４世代の幾何学的配置に設けられた前記Ｘ線検出器の出力に基づいて収集すること、
を特徴とする請求項８に記載の画像再構成方法。
【請求項１３】
前記投影データの収集することは、第３世代の幾何学的配置に設けられた前記Ｘ線検出器の出力に基づいて収集すること、
を特徴とする請求項８に記載の画像再構成方法。
【請求項１４】
前記投影データの収集することは、前記チャネル方向に沿って所定の間隔で設けられた複数の検出素子を有する前記Ｘ線検出器の出力に基づいて収集すること、
を特徴とする請求項１０に記載の画像再構成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的に、疎なチャネルデータを処理する画像再構成装置、画像再構成方法およびＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、市販されているコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像化システムは、所定の複数の方向に沿って密に設置された検出器セルを備えているのが典型的である。検出器セルとは、検出器または検出素子の２次元配列の個別のセンサを意味する。検出素子は、所定の表面上に隣接して設置されている。ＣＴスキャナは、幾何学的に可能な限り効率的に、複数の検出器の総数を密に配置している。
【０００３】
検出素子は密に配置しているため、現在市販されているＣＴ画像化システムは高価である。高コストであるのは、実質的に、チャネル方向に沿った多数の上述した検出器セルに起因する。さらに、検出器セルに関連して同様に多数の必要な電子ユニットもまた、これらの画像化システムの高額なコストの原因である。高コストは、積分検出器よりもむしろ光子計数検出器を用いる場合に、よりいっそう深刻である。一般に、検出器のタイプとは無関係に、検出器セルが密であればあるほど、ますます画像化システムは高価になる。一般に、標準的な設計である細かく敷きつめられた検出器が、ハードウェアのコストを著しく上昇させる。
【０００４】
密に詰め込まれた積分検出素子を起因として、現在市販されているＣＴ画像化システムは、また、ある望ましくないクロストーク効果を被る。隣接する検出素子の近接性のために、検出器に到達するＸ線は、隣接する複数の検出素子にわたって、および隣接する複数の検出素子を越えて散乱される。密にパッケージングがなされた検出素子は、一般に、アーチファクトのない画像を再構成する際に所望の結果を達成するための散乱補正を困難にさせる。
【０００５】
この点に関し、ＣＴにおける現在行われている再構成法のほとんどは、検出器チャネルが満遍なく密に詰め込まれていることを想定している。これらの再構成法は、フィルタ補正逆投影法、フィルタ補正逆投影法およびいくつかの形態の逐次再構成法を有する。
【０００６】
以上で論じた従来技術における課題を鑑みると、疎な方向を有する複数の検出器から得られる投影データに基づく画質に実質的に影響を与えることなく、標準的なＣＴシステムにおいて検出素子と関連する電子機器との高コストを最終的に低減するように、画像を再構成するための方法およびシステムのための実際的な解決策が依然として望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
目的は、疎な方向を有する複数の検出器から得られる投影データに基づいて再構成された再構成画像の画質を低減させることなく、かつ低コストを実現できる再構成装置およびＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係る画像再構成装置は、対象物に対するスキャンにより、Ｘ線検出器からの出力に基づいて前記対象物に関する投影データを収集するデータ収集部と、前記投影データの収集に関する複数の方向のうち最小のサンプリング数に関する方向を除いた複数の方向各々に沿って前記投影データを微分した導関数を発生し、前記投影データに関するＸ線の焦点位置と前記Ｘ線検出器における複数のＸ線検出素子各々の位置とに基づいて重みを決定し、前記決定された重みを用いて前記導関数に重み付けし、前記重み付けされた導関数と前記投影データとを組み合わせた組み合わせデータを発生し、前記組み合わせデータを逆投影することにより画像を再構成する再構成部と、を具備することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係り、マルチスライスＸ線ＣＴ装置またはスキャナの一例を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、従来例に係り、第３世代の幾何学的配置において、検出器セルまたは検出素子の総数を有する従来技術の配列の一部分を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本実施形態に係り、第３世代の幾何学的配置において、検出器セルまたは検出素子の総数より少ない数を有する疎なチャネルのＸ線検出器の一部分を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、別の実施形態に係り、検出器セルの総数より少ない数を有する疎なチャネルのＸ線検出器の一部分を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るＣＴスキャナシステムにおいて用いられる基本的なハイブリッド検出器を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態に係り、検出器の第４世代幾何学的な配置を示す図である。
【図５】図５は、チャネル方向に疎な検出器に関連する問題を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態に係り、少なくとも一方向に疎である検出器でサンプルされたデータに基づいて再構成された画像において、望ましくない特徴を減少させる処理で用いられるときの画像と弦との関係を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態に係り、画像を再構成する際に検出器の一方向に沿って疎であるサンプルデータに関する不所望な効果を実質的に減少させるプロセスを有するステップまたは動作示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、各図を通して同様の参照番号は対応する構成を示している。図１を参照すると、図１は、本実施形態に関するマルチスライスＸ線ＣＴ装置１またはスキャナを示している。マルチスライスＸ線ＣＴ装置１またはスキャナは、ガントリ１００とそれ以外のデバイスまたはユニットを有する。ガントリ１００は、正面図として描かれている。ガントリ１００は、Ｘ線管１０１と、環状フレーム１０２と、複数列または２次元配列タイプのＸ線検出器１０３とを有する。Ｘ線管１０１とＸ線検出器１０３とは、被検体Ｓを横切って正反対で環状フレームに搭載される。環状フレーム１０２は、軸ＲＡを周りに回転する。回転部１０７は、被検体Ｓが軸ＲＡに沿って図面の奥の方向にまたは図面から出てくる方向に移動される間に、０．４秒／回転などの高速度で環状フレーム１０２を回転させる。
【００１１】
マルチスライスＸ線ＣＴ装置１（以下、Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ）は、高電圧発生器１０９と電流調整器１１７とをさらに有する。高電圧発生器１０９は、管電圧をＸ線管１０１に印加する。これにより、Ｘ線管１０１は、Ｘ線を発生する。電流調整器１１７は、Ｘ線管１０１に供給する管電流を調整するために高電圧発生器１０９を制御する。一実施形態では、高電圧発生器１０９は、環状フレーム１０２上に搭載されてもよい。Ｘ線は被検体Ｓに向かって放射される。被検体Ｓの断面積は、円によって表されている。Ｘ線検出器１０３は、被検体Ｓを横断してＸ線管１０１から反対側に配置され、被検体Ｓを透過した放射Ｘ線を検出する。
【００１２】
さらに、図１を参照すると、Ｘ線ＣＴ装置１またはスキャナは、Ｘ線検出器１０３からの検出された信号を処理するための他のデバイスをさらに有する。データ収集回路またはデータ収集システム（ＤＡＳ）１０４は、それぞれのチャネルに対するＸ線検出器１０３から出力された信号を電圧信号に変換する。データ収集回路またはデータ収集システム（ＤＡＳ）１０４は、変換された電圧信号を増幅する。データ収集回路またはデータ収集システム（ＤＡＳ）１０４は、さらに、増幅された電圧信号をデジタル信号に変換する。Ｘ線検出器１０３とＤＡＳ１０４とは、１回転当たりの所定の総投影数（ＴＰＰＲ）を処理するように構成されている。
【００１３】
上述されたデータ（ディジタル信号）は、非接触データ送信器１０５を介して、ガントリ１００の外部のコンソールの中に収容されている前処理デバイス１０６に送られる。前処理デバイス１０６は、非接触データ送信器１０５から送られた生データに対して感度補正などある一定の補正を実行する。記憶デバイス１１２は、結果として得られるデータ（前処理されたデータ）を記憶する。再構成処理の直前の段階における前処理されたデータは、再構成処理の直前の段階で、投影データとも呼ばれる。記憶デバイス１１２は、データ／コントロールバスを介して、再構成デバイス１１４、表示デバイス１１６、入力デバイス１１５、およびスキャン計画支援装置２００と共に、システムコントローラ１１０に接続される。スキャン計画支援装置２００は、操作者を支援してスキャンプランを作成する機能を有する。
【００１４】
本実施形態の一観点によると、Ｘ線ＣＴ装置１のＸ線検出器１０３は、Ｘ線検出器１０３の表面上の複数の検出器セルまたは複数の検出素子の間において、所定の増加した間隔を有する検出器の疎なチャネルを実現するように、有利に構成されている。Ｘ線検出器１０３の実施形態は、ある所定の範囲の総検出器セル数を有する。所定の範囲とは、現在入手可能なまたは通常の従来技術によるＸ線検出器セルの全搭載数の所定の一部の範囲に対応するのが一般的である。
【００１５】
再構成デバイス１１４のある実施形態は、様々なソフトウェアコンポーネントとハードウェアコンポーネントとを有する。本実施形態の別の観点によると、Ｘ線ＣＴ装置１の再構成デバイス１１４は、投影データが疎にサンプリングされるある検出器方向に沿ったある導関数を有利に除去する。さらに、Ｘ線ＣＴ装置１の再構成デバイス１１４は、疎にサンプリングされる特定の検出器方向に起因する投影データに対する固有な複数の重みを、効果的に決定する。再構成デバイス１１４は、投影データと導関数との組み合わせを、固有な重みを用いて、選択されたコード（弦）の上に逆投影する。再構成デバイス１１４は、最終的に、元来取得した投影データがある検出器方向に沿って疎であるにもかかわらず、所望の質を有する画像を再構成する。
【００１６】
本実施形態において検出器セルのサイズがそのままであると仮定すると、より少ない数の検出器セルが同一の表面積の検出器ユニットの上に配置されるので、少なくともいくつかの検出器セル対の間隔は、より広くなる。ある実施形態では、より少ない数の検出器セルは、検出器ユニットの表面上に、互いに所定の等距離で設置される。あるいは、別の実施形態では、より少ない数の検出器セルは、検出器ユニットの表面上に、隣接する検出器セルの間が所定の非均一の距離になるように設置される。
【００１７】
本願では、「疎なチャネル」または「検出器の疎なチャネル」という用語は、少なくともある所定のチャネル方向において現在入手可能な画像化システムにおける隣接する検出器セルまたは検出素子の間の間隔より広い所定の間隔を有するデータ収集システムの実施形態を、全体的に包含するように定義される。疎なチャネルは、ＣＴ、陽電子放出断層撮影装置（ＰＥＴ）および陽電子放出断層撮影／コンピュータ断層撮影装置（ＰＥＴ／ＣＴ）を含む様々なモダリティを包含するようにも定義される。さらに、「疎なチャネルデータ」という用語は、データ収集システムの実施形態によって得られるデータを全体的に包含するように定義される。同様に、「疎なチャネル投影データ」とは、疎なチャネルデータに基づく投影データである。
【００１８】
本実施形態による上述した疎なチャネルの実施形態を用いて投影データを収集した後、疎なチャネルデータは、弦に基づいた（コードベース）再構成法を用いて処理される。コードベース再構成法は、投影データの微分を実行する。コードベース再構成法は、次に、微分された投影データに対して逆投影を実行する。コードベース再構成法は、続いて、ヒルベルト変換を実行する。一例では、さらなる代数的な操作により、微分は、オプションではあるが、投影データが疎にサンプリングされるチャネル方向ではなく、セグメント方向と視野方向とに制限される。同じ例として、チャネル密度は、視野密度（レイの密度）と交換されてもよい。
【００１９】
図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃを参照すると、本実施形態および従来技術において、検出器セルの配置の比較を１次元で示している。これらの図面に関して、検出器セルの有効エリアまたは有効スペースは、単一の検出器セルが占有しているエリアである。デッドエリアまたはデッドスペースは、占有する検出器セルが存在しないエリアである。本出願の目的のために、有効エリアまたは有効スペースは、検出器セルの物理的サイズと実質的に同一であると想定されている。図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃにおいて、有効エリアまたは有効スペースは、斜線付きの箱として示されている。
【００２０】
図２Ａは、第３世代の幾何学的配置において、検出器セルまたは検出素子の総数を有する従来技術の配列の一部分を示す図である。Ｘ線源（Ｘ線管）１０１は、Ｘ線によって画像化される対象とする領域を横切ってＸ線検出器１０３の反対側に配置されている。従来技術による構成では、検出器セル１０３Ｂは、１つのチャネル方向（第１方向）すなわち１次元に沿った同じサイズの斜線付きの箱の列によって示されている。複数の検出器セル１０３Ｂの間には、同じチャネル方向または１次元に沿った斜線のない箱の列によって、不感帯１０３Ｃが示されている。不感帯１０３Ｃは、検出器セル１０３Ｂによって占有されていない空の空間である。間隔は、隣接する検出器セル１０３Ｂの２つの中心間の距離として定義される。
【００２１】
図２Ｂは、第３世代の幾何学的配置において、検出器セルまたは検出素子の総数より少ない検出器セルまたは検出素子１０３Ｂを有する疎なチャネルＸ線検出器１０３の一実施形態の一部を示す図面である。Ｘ線源１０１は、Ｘ線によって画像化される対象とする領域を横切ってＸ線検出器１０３の反対側に配置される。例示的な実施形態では、検出器セル１０３Ｂは、１つのチャネル方向または１次元に沿ったサイズの等しい斜線付きの箱の列によって示されている。検出器セル１０３Ｂの間には、同じチャネル方向すなわち１次元に沿った斜線のない箱の列によって、不感帯１０３Ｃが示されている。不感帯１０３Ｃは、検出器セル１０３Ｂによって占有されていない空の空間である。間隔は、隣接する検出器セル１０３Ｂの２つの中心間の距離として定義される。検出器セル１０３Ｂにおけるあらゆる対に関する間隔は、図２Ａの従来技術による検出器セル１０３Ｂに関する間隔よりも大きい。
【００２２】
さらに図２Ｂを参照すると、検出器セル１０３Ｂは、相互に所定の等距離で配置されている。換言すると、Ｘ線検出器１０３の至る所において、隣接する検出器セル１０３Ｂの任意の対の間で、増加した間隔は同一である。図２Ｂは、Ｘ線検出器１０３の断面図と考えることができる。図２Ｂは、また、Ｘ線源１０１から放射されるファンビームを示すものとも考えることができる。あるいは、図２Ｂは、１次元アレイの検出器１０３を示している。
【００２３】
最後に、図２において、検出器セル１０３Ｂは、Ｘ線検出器１０３の一実施形態では、点線の中央線に対して非対称である。検出器セル１０３Ｂは、４分の１ピクセルまたは所定の角度だけ反時計方向にシフトまたは回転されている。この４分の１オフセット（ずれ）の目的は、Ｘ線検出器１０３が回転するときのサンプリング密度レベルを改善するためのフィルイン効果を促進するために、ＣＴスキャナにおいて既知である。
【００２４】
図２Ｃは、検出器セルの総数より少ない検出器セル１０３Ｂを有する疎なチャネルＸ線検出器１０３の別の実施形態の一部を示す図面である。Ｘ線源１０１は、Ｘ線によって画像化される対象とする領域を横切ってＸ線検出器１０３の反対側に配置される。例示的な実施形態では、検出器セル１０３Ｂは、１つのチャネル方向または１次元に沿ったサイズの等しい斜線付きの箱の列によって示されている。検出器セル１０３Ｂの間には、同じチャネル方向すなわち１次元に沿った斜線のない箱の列によって、不感帯１０３Ｃが示されている。不感帯１０３Ｃは、検出器セル１０３Ｂによって占有されていない空の空間である。間隔は、隣接する検出器セル１０３Ｂの２つの中心間の距離として定義される。検出器セル１０３Ｂの少なくともいくつかの間隔は、図２Ａの従来技術による検出器１０３Ａにおける検出器セル１０３Ｂに関する間隔よりも大きい。
【００２５】
さらに図２Ｃを参照すると、検出器セル１０３Ｂは、相互に所定の距離で配置されている。換言すると、Ｘ線検出器１０３の至る所において、隣接する検出器セル１０３Ｂの対の間で、増加した間隔は必ずしも同一であるとは限らない。図示されている実施形態では、間隔は、中心領域から周辺領域に向かって増加している。代替の実施形態では、周辺領域における間隔は、中心領域からの段階的な増加なしに、中心領域における間隔よりも大きい。図２Ｃは、Ｘ線検出器１０３の断面図と考えることができる。図２Ｃは、また、Ｘ線源１０１から放射されるファンビームを示すものとも考えることができる。あるいは、図２Ｃは、１次元アレイの検出器１０３を示している。
【００２６】
最後に、図２Ｃにおいて、検出器セル１０３Ｂは、Ｘ線検出器１０３のある実施形態では、点線の中央線に対して非対称である。検出器セル１０３Ｂは、４分の１ピクセルまたは所定の角度だけ反時計回り方向にシフトまたは回転される。この４分の１オフセット（ずれ）の目的は、Ｘ線検出器１０３が回転ときのサンプリング密度レベルを改善するためのフィルイン効果を促進するために、ＣＴスキャナにおいて既知である。
【００２７】
次に図３を参照すると、図３は、ＣＴスキャナシステムにおける基本的なハイブリッド検出器の一実施形態を示している。ハイブリッド検出器の一実施形態では、検出器アレイ１０３Ａ−１は、交互に繰り返す所定のパターンで、複数の光子計数検出器（ＰＣＤ）と複数の積分検出器（ＩＮＴＤ）とを有する。複数の検出素子は、検出器アレイ１０３Ａ−１に近い矢印によってそれぞれ示されているように、チャネル方向（第１方向）とセグメント方向（列方向（第２方向））とに配置されている。チャネル方向とセグメント方向は互いに直交する。ある実施形態では、チャネル方向に沿って、光子計数検出器（ＰＣＤ）ユニットまたは光子計数検出器（ＰＣＤ）は、固定された位置に、疎かつ等距離に配置される。図示されている実施形態では、積分検出器（ＩＮＴＤ）ユニットまたは積分検出器（ＩＮＴＤ）は、第１の積分検出器ユニットＩＮＴＤ１を除いて、２つの隣接する光子計数検出器（ＰＣＤ）ユニットの間に配置される。複数の光子計数検出器（ＰＣＤ）ユニット各々は、Ｎ×１個のＰＣＤ検出素子で構成される。同時に、複数の積分検出器（ＩＮＴＤ）ユニット各々は、６４×２４のようなＮ×Ｍ個の積分検出素子で構成される。上述したチャネルサイズの違いのために、光子計数検出器（ＰＣＤ）は、積分検出器（ＩＮＴＤ）に対してチャネル方向に疎に配置される。
【００２８】
さらに図３を参照すると、ハイブリッド検出器は、第３世代の幾何学的配置および／または第４世代の幾何学的配置におけるＸ線検出器で用いられてもよい。検出器アレイ１０３Ａ−１は、円弧形を形成する。円弧形の中央部分は、第３世代のＣＴにおける幾何学的配置における所定のＸ線源における中心に合わせられる。一実施形態では、検出器アレイ１０３−１は、Ｘ線検出器１０３の表面上に搭載されている。また、オプションではあるが、検出器アレイ１０３Ａ−１は、円筒形を形成してもよい。円筒形の中心は、第４世代のＣＴの幾何学的配置におけるアイソセンタに設定される。別の実施形態では、複数のＰＣＤと複数のＩＮＴＤとは、オプションであるが、サンプリングの間の散乱を実質的に減少させるためにトンネルまたはグリッドなどの異なる表面上に配置されてもよい。ハイブリッド検出器の他の実施形態は、図示されているパターンまたは上述した特定の列または円筒の構成に限定されることはない。代替の一実施形態は、積分検出器（ＩＮＴＤ）なしで、所定の等距離の位置に疎に配置された光子計数検出器（ＰＣＤ）を有していてもよい。
【００２９】
次に図４を参照すると、図４は、第４世代の検出器の幾何学的配置を示している。円筒型のＸ線検出器１０３は、複数の列の検出器を搭載した内側の表面を有している。円ＳはＸ線源（Ｘ線管１０１）の移動軌跡を示す。チャネル（ファン）方向の検出器の間隔は、セグメント（コーン）方向の検出器の間隔よりも実質的に大きい。Ｘ線源の移動軌跡に亘るサンプリングは実質的に密である。通常の解析的再構成では、チャネル方向でフィルタリングが実行される。フィルタリングされた結果は、間隔が大きいことに起因して、フィルタリングされたデータに対して実質的に大きな誤差を生じさせる。結果として、この誤差は空間分解能を劣化させる。この誤差は、最終的な画像におけるぼけの原因となる。
【００３０】
次に図５を参照すると、図５は、チャネル方向における疎な検出器と関連する問題を示している。疎な検出器の一実施形態では、複数の光子計数検出素子ＰＣＤ１乃至ＰＣＤＮは、所定の固定された等距離の位置において所定の円形経路ＣＰに沿って第４世代の幾何学的配置で対象物（被検体）ＯＢＪの周囲に疎に配置される。複数の光子計数検出素子ＰＣＤ１乃至ＰＣＤＮを疎に配置する方向は、チャネル方向に沿った方向である。さらに、この実施形態では、Ｘ線源Ｓは、対象物ＯＢＪを中心にして第４世代のＸ線検出器の内部で回転する。チャネル方向に沿った上述した疎な検出素子によってデータがサンプリングされた後で、収集されたデータは、チャネル、セグメントおよびビュー方向に沿って微分される。チャネル方向に疎であることにより、チャネル方向に沿った微分は、画像を再構成する際に、実質的な誤差を生じさせる。結果的に、再構成された画像は、不鮮明になる。また、再構成された画像は、アーチファクトを有することもある。同様に疎な第３世代の検出器は、オプションとして、用いられてもよい。このとき、実質的に同一の問題が再構成された画像において生じる。
【００３１】
疎な検出器ＰＣＤ１乃至ＰＣＤＮを有する第４世代ＣＴに対する２次元（２Ｄ）再構成において、Ｘ線源Ｓを頂点とするファンビームデータは、リビニングを介して、検出器を頂点とするファンビームデータに変換される。Ｘ線源の移動軌跡に沿ったサンプリングは密であるため、変換されたデータのサンプリングは、ファン方向では依然として密のままであるが、ビュー方向では疎である。解析的ファンビーム再構成は、ファン方向にフィルタリングを実行する。解析的ファンビーム再構成は、結果として、適度に疎なビューサンプリングに対して妥当な画質の再構成画像を発生する。他方で、上記変換がない場合、画像は、ファン方向の疎なサンプリングによってぼける。
【００３２】
疎な検出器ＰＣＤ１乃至ＰＣＤＮを用いた第４世代ＣＴに対する３次元（３Ｄ）再構成において、既存の解析的再構成アルゴリズムは、サンプリングされたデータをフィルタリングまたは微分する。たとえば、Ｘ線源は所定の螺旋状の軌跡を移動する。このとき、セグメント方向に密な検出素子ならびにチャネル方向に疎な検出素子においてデータがサンプリングされる。既存の解析的再構成アルゴリズムは、上述のサンプリングされたデータをチャネル方向に沿ってフィルタリングまたは微分のいずれかを実行する。最終的には、画像は、微分されたデータに基づいて再構成される。チャネル方向に沿って検出素子が疎に配置されているために、再構成された画像は、疎である程度に依存して実質的にぼけを生じる。２Ｄ近似がオプションで用いられるが、コーンビームアーチファクトが依然として問題となりうる。
【００３３】
さらに図５を参照すると、微分されたデータは、図面の中のパラメータによって定義される。式（１）は、微分された投影データの逆投影を示す。一般的に、次に示す式（０）によって表現されるように、本実施形態におけるコードベース再構成法の目的のために、任意の画像がコード（弦）上で考察される。パラメータは、図６との関係で後述する。
【数１】
2013192951.tif 000003
【００３４】
式（１）は、コードベース再構成において、微分された投影データに対する逆投影関数を定義する。
【数２】
2013192951.tif 000004
【００３５】
次の式（２）は、微分された投影データを定義する。
【数３】
2013192951.tif 000005
【００３６】
【数４】
2013192951.tif 000006
【００３７】
式（１）および式（２）におけるｇ（λ、φ、ν）は、ビューインデックスまたはビュー角λ、チャネルインデックスまたはチャネル角φ、およびセグメントインデックスまたはコーン角νにおける投影データである。ベクトルｒＤは、ベクトルによって特定された検出器リングにおける位置を示す位置ベクトルである。検出器リングとは、図５において、例えば、複数の疎な検出器ＰＣＤ１乃至ＰＣＤＮを配置させたリングである。
【００３８】
次に図６を参照すると、図６は、本実施形態における少なくとも一方向が疎である検出器におけるサンプリングされた投影データに基づいて再構成された画像において、不所望の特徴を減少させる一プロセスにおいて用いられる画像とコード（弦）との間の関係を示している。一般に、コード（弦）は、コード（弦）線の一部である。コード（弦）線は、Ｘ線源の移動軌跡と２点（λ１とλ２）において交差する直線である。したがって、コード（弦）Ｃは、１対の点であるλ１とλ２においてＸ線源の移動軌跡Ｔと交差する線として定義される。コード（弦）Ｃの上の点は、空間ベクトル（ベクトルｒ）により示される。個別のＸ線の投影方向（ベクトルβ）は、移動軌跡ＴにおけるＸ線源の位置がベクトルａ（λ）であって、Ｘ線源で発生されたＸ線のレイがコード（弦）Ｃ上の位置（ベクトルｒ）を通過するとき、式（３）で定義される。
【数５】
2013192951.tif 000007
【００３９】
ｆ（ｘｃ、λ１、λ２）は、図５と図６とにおいて、２点（λ１とλ２）により定義されたコード（弦）の点ｘｃにおける再構成された画素値を示している。すなわち、ｆ（ｘｃ、λ１、λ２）は、コード（弦）上に再構成された画像を示している。バーｘｃは、例えば、２点（λ１とλ２）により定義されたコード（弦）における中間点（原点）を示している。２点（λ１とλ２）により特定されるコード線におけるあらゆる点は、（ｘｃ、λ１、λ２）で示される。λ１とλ２とは互いに対向する点である。
【００４０】
本実施形態により画像を再構成する際にサンプルデータの不所望な効果を実質的に減少させる例示的なプロセスでは、最も疎にサンプリングがなされる方向における微分が削除される。たとえば、チャネル方向に沿ったデータのサンプリングが最も疎であると仮定すると、本実施形態による例示的な一プロセスでは、式（２）から以下に示す式（２）の第２項が除去される。
【数６】
2013192951.tif 000008
【００４１】
角度φは、図５の図面で示されているチャネル角度である。
【００４２】
さらに、本実施形態により画像を再構成する際にサンプリングされたデータの不所望な効果を実質的に減少させる例示的なプロセスにおいて、少なくとも一方向に沿って疎にサンプリングされるデータを補償するために、固有な複数の重みが決定される。一例では、チャネル方向に沿ったサンプルデータ（投影データ）の微分が削除された後で、固有な重みＡが、式（４）において定義されるように決定される。
【数７】
2013192951.tif 000009
【００４３】
式（４）において、重みＡは、コード(弦)上の画像点χc、ビュー角λ、チャネル角φ、およびセグメントインデックス（コーン角）νに依存する。同様に固有な重みＢは、式（５）において定義されるように決定される。
【数８】
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【００４４】
ここで、
【数９】
2013192951.tif 000011
【００４５】
である。
【００４６】
ここで、４つの上式において、βｘ、βｙ、βｚは、ベクトルβのｘ成分、ｙ成分、ｚ成分である。また、ドットベクトルａ（λ）は、ベクトルａ（λ）のλ微分である。ドットａｘ（λ）、ドットａｙ（λ）、ドットａｚ（λ）は、ドットベクトルａ（λ）のｘ成分、ｙ成分、ｚ成分である。ＲＤは、検出器リングの半径である。ｔＤは、ベクトルｒＤからベクトルａ（λ）を差分した絶対値｜ベクトルｒＤ−ベクトルａ（λ）｜、すなわちＸ線管１０１とＸ線検出器１０３における検出素子各々との距離を示すパラメータである。
【００４７】
式（４）および式（５）の上述した固有な重みＡおよびＢは、上述の方程式（１）に適用される。結果的に、式（６）が得られる。
【数１０】
2013192951.tif 000012
【００４８】
最終的には、式（６）は、式（７）によっても表される。
【数１１】
2013192951.tif 000013
【００４９】
次に図７を参照すると、フローチャートは、本実施形態により画像を再構成する際に検出器の一方向に沿って疎であるサンプルデータの不所望な影響を実質的に減少させるプロセスに含まれるステップまたは動作を示している。すなわち、コーンビームＣＴにおける再構成アルゴリズムの例示的な一プロセスは、本実施形態によって検出器上の一方向に微分を有するサンプルデータ（投影データ）に基づいて画像を再構成する場合に、ぼけを実質的に減少させる。ある特定の一例では、投影データは、チャネル方向の疎な検出器セルまたは検出素子を用いて収集される。以下のステップまたは動作のある観点について、上述した例示的なデータ収集に基づいて説明されるが、本実施形態によって不所望な効果を減少させるプロセスは、検出器におけるチャネル方向に疎であるサンプリングされたデータに必ずしも限定されない。
【００５０】
ステップＳ１００では、投影データは、検出器上で、ある方向において所定のまたは既知の疎ら具合で収集される。例示的な一プロセスでは、投影データは、２次元（２Ｄ）検出器アレイを用いて収集される。２次元検出器アレイの検出素子は、円形または螺旋状のＸ線源の移動軌跡を有するチャネル方向において、疎である。特定の実施形態では、上述の２Ｄ検出器アレイは、固定された円筒を形成する第４世代の幾何学的配置で構成される。この時、Ｘ線源は、円筒形の検出器の内側で円形または螺旋状の経路を移動する。
【００５１】
ステップＳ１１０では、収集された投影データは、本実施形態によって検出器とＸ線源の移動軌跡とに関して、ある選択された方向に沿って微分することによって処理される。上述した例示的なプロセスでは、疎であるのはチャネル方向である。あるいは、チャネル方向は、セグメント（列方向またはコーン方向）方向、ビュー方向およびチャネル方向の中では、サンプリングの際に最も疎である。収集された投影データにおける上述した疎である条件に基づいて、導関数は、セグメント方向およびビュー方向に沿ってだけ得られる。チャネル方向に沿った導関数は、除去される。すなわち、式（２）の右辺の第２項は、決定されない。
【００５２】
ステップＳ１２０では、本実施形態によって、所定の固有な重みが、収集された投影データにおける上述した疎である条件を考慮して決定される。例示的なプロセスでは、１対の固有な重みＡおよびＢが、収集された投影データにおける疎である条件を補償するために、式（４）および式（５）によってそれぞれ決定される。固有な重みＡおよびＢは、対応する複数の導関数に対して決定される。特定の定義が式（４）および式（５）に提供されるが、固有な重みは、他の例示的なプロセスにおいては、オプションで微調整される。
【００５３】
ステップＳ１３０では、投影データと導関数とは、本実施形態によって固有な重みと組み合わせられる。例示的なプロセスでは、１対の固有な重みＡおよびＢは、式（６）に示されているように、投影データと導関数とを組み合わせる際に適用される。換言すると、固有な重みは、導関数と固有な重みとに基づいて重み付けされた導関数を得るために、導関数に適用される。その後で、投影データと重み付けされた導関数とを組み合わせた組合せデータを発生するために、投影データと重み付けされた導関数とが組み合わされる。
【００５４】
ステップＳ１４０では、一群の複数のコード（弦）は、Ｘ線源の移動軌跡に従って選択される。上述したステップＳ１３０の後の組合せデータは、本実施形態における例示的な一プロセスにおいて、選択されたコード（弦）上に逆投影される。図６に関して上述したように、コード（弦）は、例えば、２点においてＸ線源の移動軌跡と交差する直線であるコード線の一部である。たとえば、図６のコード（弦）Ｃは、１対の点であるλ1およびλ2において移動軌跡Ｔと交差する線として定義される。コードＣ上の点は空間ベクトルを示すベクトルｒによって示される。
【００５５】
ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０の後で、画像が得られる。本実施形態による例示的な一プロセスでは、有限ヒルベルト変換が、選択されたコード（弦）に対して、コード（弦）上の画像を得るために実行される。最後に、コード（弦）上の画像がデカルト座標に変換される。
【００５６】
以上に述べた構成によれば以下の効果を得ることができる。  
本実施形態によれば、チャネル方向に沿った疎らに収集された投影データに基づいて、より少ないアーチファクトであって、空間分解能の高い画像を発生することができる。具体的には、上記投影データの導関数を用いた再構成法（コードベース再構成法）において、疎らに配置された検出素子の方向（例えば、チャネル方向）の沿った投影データｇ（λ、φ、ν）の導関数（式（２）の第２項）は、式（６）、式（７）の右辺に示すように消去することができる。以上のことから、本実施形態に係るコードベース再構成法によれば、疎な方向を有する複数の検出器から得られる投影データに基づいて再構成された再構成画像の画質を低減させることなく、かつ低コストを実現できる再構成装置およびＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することができる。
【００５７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、１００…ガントリ、１０１…Ｘ線管、１０２…環状フレーム、１０３…Ｘ線検出器、１０４…データ収集回路（ＤＡＳ）、１０５…非接触データ送信器、１０６…前処理デバイス、１０７…回転部、１０８…スリップリング、１０９…高電圧発生器、１１０…システムコントローラ、１１２…記憶デバイス、１１４…再構成デバイス、１１５…入力デバイス、１１６…表示デバイス、１１７…電流調整器、２００…スキャン計画支援装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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