(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセッサを備えるコンピュータ断層イメージング・システム（１０）が心臓を撮影する際の再構成位置を決定する方法であって、
患者（２２）がスキャンされることにより収集された、複数の投影ビューに対する投影データから差分投影を前記プロセッサが決定するステップ（５４）と、
前記差分投影に荷重関数を前記プロセッサが適用するステップ（５６）と、
再構成位置を特定するために不一致指標を前記プロセッサが決定するステップ（５８）と、
心拡張期フェーズの終端の位置にあたる再構成位置を前記プロセッサが決定するステップと、
を含み、
前記心拡張期フェーズの前記終端の位置は、心拍周期中に前記不一致指標の傾斜を比較することにより決定される方法。
【請求項２】
コンピュータ（３６）と、検出器アレイ（１８）を有するガントリ（１２）と、複数の検出器セル（２０）を含む検出器アレイに向けて画像作成面に沿ってＸ線ビーム（１６）を放射するためのＸ線源（１４）と、を備えるイメージング・システム（１０）であって、前記コンピュータは前記Ｘ線源及び前記ガントリと結合されていると共に、複数の投影ビューに対する投影データを収集すること（５２）、最初と最後の投影ビューに基づいて差分投影を決定すること（５４）、前記差分投影に荷重関数を適用すること（５６）、再構成位置を特定するために不一致指標を決定すること（５８）、
心拡張期フェーズの終端の位置にあたる再構成位置を決定すること、
を行うように構成されており、
前記心拡張期フェーズの前記終端の位置は、心拍周期中に前記不一致指標の傾斜を比較することにより決定される、イメージング・システム（１０）。
【請求項３】
前記差分投影（５４）が少なくともハーフスキャンとフルスキャンに対する差分投影を含む、請求項２に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項４】
ハーフスキャンに対する前記差分投影（５４）が、βを投影角度、γを検出器角、γmを最大検出器角とした次の関係式、ｄ（γ，β）＝｜Ｐ（γ，β＋γm−γ）−Ｐ（−γ，β＋π＋γm＋γ）｜を含む、請求項３に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項５】
フルスキャンに対する前記差分投影（５４）が、βを投影角度、γを検出器角とした次の関係式、ｄ（γ，β）＝｜Ｐ（γ，β）−Ｐ（γ，β＋２π）｜を含む、請求項３に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項６】
前記イメージング・システムが、複数の検出器角γに基づいて複数の差分投影（５４）ｄ（γ，β）に前記荷重関数（５６）ω（γ）を乗算するように構成されている、請求項２に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項７】
前記不一致指標（５８）が、ｄ（γ，β）を差分投影（５４）、ω（γ）を荷重関数（５６）、γmを最大検出器角、−γmを最小検出器角とした次の関係式、
【数１】
を含む、請求項６に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項８】
イメージング・システム（１０）において再構成位置を決定するようにプログラムされたプロセッサであって、
複数の投影ビューに対する投影データを収集すること（５２）、最初と最後の投影ビューに基づいて差分投影を決定すること（５４）、
前記差分投影に荷重関数を適用すること（５６）、
不一致指標を決定すること（５８）、
少なくとも１つの不一致指標の傾斜を決定して、少なくとも心収縮期と心拡張期のフェーズを決定すること（６０）、
心拡張期フェーズの終端の位置に基づいて再構成位置を特定すること、
を行うように構成され、
前記心拡張期フェーズの前記終端の位置は、心拍周期中に前記不一致指標の傾斜を比較することにより決定される、プロセッサ。
【請求項９】
イメージング・システム（１０）において再構成位置を決定するようにプログラムされたプロセッサに、
複数の投影ビューに対する投影データを収集すること（５２）、最初と最後の投影ビューに基づいて差分投影を決定すること（５４）、
前記差分投影に荷重関数を適用すること（５６）、
不一致指標を決定すること（５８）、
少なくとも１つの不一致指標の傾斜を決定して、少なくとも心収縮期と心拡張期のフェーズを決定すること（６０）、
心拡張期フェーズの終端の位置に基づいて再構成位置を特定すること、
を実現させるためのプログラムを記録した、イメージング・システム（１０）内のコンピュータ読み取り可能な媒体（３８）であって、
前記心拡張期フェーズの前記終端の位置は、心拍周期中に前記不一致指標の傾斜を比較することにより決定される、コンピュータ読み取り可能な媒体（３８）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、全般的には、ＣＴイメージングその他の放射線イメージング・システムに対する方法及び装置に関し、さらに詳細には、心臓の動きにより生じる運動アーチファクトを最小にするための方法を利用することに関する。
【０００２】
「コンピュータ断層」（ＣＴ）イメージング・システムの少なくとも幾つかの構成では、Ｘ線源は、デカルト座標系のＸＹ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扇形状のビームを放出する。Ｘ線ビームは、例えば患者などの画像化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線ビームが画像化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化対象の周りをガントリと共に回転する。Ｘ線源は、典型的には、焦点の位置にＸ線ビームを放出するＸ線管を含んでいる。Ｘ線検出器は、典型的には、検出器の位置で受け取られるＸ線ビームをコリメートしているコリメータと、このコリメータに隣接しているシンチレータと、このシンチレータに隣接している光検出器と、を含んでいる。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、画像化対象の「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。
【０００４】
アキシャル・スキャンでは、この投影データを処理し、画像化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画素の輝度を制御する。
【０００５】
マルチスライスに要する全体のスキャン時間を短縮させるため、「ヘリカル（らせん）」スキャンを実行することがある。「ヘリカル」スキャンを実行するには、所定のスライス数に対するデータを収集する間、患者はガントリ回転と同期させながらｚ軸に沿って移動させる。こうしたシステムでは単一ファン・ビームのヘリカル・スキャンを１回行うと、単一らせんが１つ描かれる。ファン・ビームが描いたらせんにより投影データが得られ、これを用いて所定の各スライス位置での画像を再構成することができる。
【０００６】
周知の心臓ＣＴスキャナでは、スキャン・データを収集する際に「心電図」（ＥＫＧ）信号を利用している。典型的には、患者に複数の導線を接続し、心拍周期を間接的に表しているＥＫＧ信号を計測している。心拍周期には、心拡張期と呼ばれる心臓腔が弛緩・膨張する期間と、心室から血液が放出される期間である心収縮期と呼ばれる心臓が収縮する期間とが含まれる。１回の心拍周期の典型的な時間間隔は１秒より若干短い。したがって、心臓はガントリの１回転の間に心拍周期のほとんどの部分を通過する。運動誘発性の画像アーチファクトは心臓の動きにより生じている。
【０００７】
画像アーチファクトを抑制するために、幾つかの心臓ＣＴスキャナでは、ＥＫＧ電気信号を心臓の複数の力学的信号と相関させている。しかし、電気信号と力学的信号とは、各患者に対して厳密に相関させることができない。したがって、ＥＫＧ信号に基づいて投影データの追加的ビューを収集する。次いで、放射線医は再構成画像の組から最良な画像を視覚的に選択している。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
コンピュータ断層（ＣＴ）イメージングにおいて運動誘発性アーチファクトを低下させるための方法及び装置を記載する。一態様では、複数の投影ビューに対する投影データを取得するように心臓がスキャンを受けている心臓画像化の方法を提供する。差分投影は最初と最後の投影ビューに基づいて決定する。差分投影に運動アーチファクトを最小にするような荷重関数を適用し、さらにこの差分投影から不一致指標を生成させ、これを用いて画像再構成位置を特定している。
【０００９】
別の態様では、イメージング・システム内のプロセッサは、心臓の複数の投影ビューに対する投影データを収集するようにプログラムされている。このプロセッサは、最初と最後の投影組に基づいて差分投影を決定すること、この差分投影に荷重関数を適用すること、並びに不一致指標を生成させて画像再構成位置を決定することを実行するようにプログラムされている。
【００１０】
さらに別の態様では、投影データの複数のレコードを含むような、イメージング・システムのコンピュータ読み取り可能な媒体を提供している。コンピュータ読み取り可能な媒体上にあるプログラムは、最初と最後の投影ビューに基づいて差分投影を決定するため、運動誘発性アーチファクトを最小にするように差分投影に適用される荷重関数を規定するため、並びに不一致指標を決定して画像再構成位置を特定するために、複数の規則を利用している。
【００１１】
本方法は、ＥＫＧ電気信号ではなく、心臓の力学動作（ｍｅｃｈａｎｉｃｓ）を直接計測している。さらに、本方法は投影データを利用して再構成位置を選択し、運動誘発性画像アーチファクトを最小にしている。さらに、本方法を実施するために、追加のハードウェアを使用したり、ハードウェアを交換したりする必要がない。
【００１２】
【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（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（例えば、患者２２）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。各検出器素子２０は、入射したＸ線ビームの強度、すなわち、Ｘ線ビームが被検体または患者２２を透過して受ける減衰、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。実施の一形態では、図２に示すように、検出器素子２０は１つの横列の形で配列させ、１回のスキャン中に単一画像スライスに対応する投影データが収集されるようにしている。別の実施形態では、検出器素子２０は複数の並列の横列の形に配置させ、１回のスキャン中に複数の並列のスライスに対応する投影データを収集することができる。
【００１３】
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実行する。再構成された画像はコンピュータ３６に入力として送られ、コンピュータにより画像は大容量記憶装置３８内に格納される。
【００１４】
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の各部分はガントリ開口４８を通過できる。
【００１５】
図３は、運動誘発性アーチファクトを最小にするような再構成位置を決定するために実行される各ステップを表した流れ図５０である。図３に示す方法は、ＤＡＳ３２（図２参照）、画像再構成装置３４（図２参照）、またはコンピュータ３６（図２参照）により実現される。一般に、ＤＡＳ３２、再構成装置３４及びコンピュータ３６のうちの少なくとも１つの内部にあるプロセッサは、以下に記載する処理ステップを実行するようにプログラムされている。もちろん、本方法はＣＴシステム１０における実施に限定するものではなく、その他多くの種類及び変形形態のイメージング・システムに関連して利用することが可能である。
【００１６】
ＣＴデータ組に対しては、隣接する投影ビュー内に存在する最大不一致度により被検体の動きに起因するアーチファクトが導入される。例えば、フルスキャンでは、スキャンの開始と終了との間での不一致が、典型的には最悪ケースの状態を示している。循環的な運動（必ずしも定期的とは限らない）を有する被検体をスキャンする場合、被検体がスキャンの開始時と終了時に概ね同じ運動状態にあると運動アーチファクトは最小となる。運動の周期がハーフスキャン及びフルスキャンに対するガントリ速度のサイクルと正確に一致している場合に、運動アーチファクトは最小となることが知られている。
【００１７】
運動アーチファクトを最小にするためには、複数の投影ビューを収集（５２）した後で開始投影ビューを決定する。再構成に使用する最初と最後のビューの間の差を決定し、この差を最小にするようなビューを開始ビューとして選択する。例えば、運動誘発性アーチファクトを最小にするようなハーフスキャンの開始角度を得るには、次の関係式（式１）により差分投影を決定する（５４）。
【００１８】
ｄ（γ，β）＝｜Ｐ（γ，β＋γm−γ）−Ｐ（−γ，β＋π＋γm＋γ）｜
ここでβは投影角度、γは検出器角、またγmは最大検出器角である。フルスキャンの場合は、次の関係式（式２）により差分投影を決定する（５４）。
【００１９】
ｄ（γ，β）＝｜Ｐ（γ，β）−Ｐ（γ，β＋２π）｜
ここでβは投影角度、またγは検出器角である。
【００２０】
運動誘発性によるこれ以外の差（例えば、呼吸運動など）の影響を最小にするには、この差分投影に荷重関数を乗算する（５６）。不一致指標ξ（β）は次の関係式（式３）に従って決定される（５８）。
【００２１】
【数６】
0004130088.tif 000002
【００２２】
ここでｄ（γ，β）は差分投影、ω（γ）は荷重関数、γmは最大検出器角、また−γmは最小検出器角である。心臓の心拡張期及び心収縮期のフェーズはビューに対する不一致指標（５８）の変化率に基づいて決定する（６０）。
【００２３】
具体的には図４を参照すると、図４はバルーン・ファントーム（図示せず）に関するチャート７０を表している。バルーン・ファントームは６５「拍動毎分」（ｂｐｍ）の割合で膨張・収縮しており、またＣＴスキャナ１０はシネモードにおいて０．８ｓで投影データを収集する。不一致指標ξ（β）を決定して（５８）縦座標７２上にプロットし、またビュー番号７４は横座標７６上にプロットする。例示的な実施の一形態では、第１の曲線の第１の谷７８はビュー番号２００の位置に生じ、また第２の谷８０はビュー番号６７０の位置に生じる。もちろん、第１の谷と第２の谷を別の様々なビュー番号に位置させているような、不一致指標対ビュー番号の別のチャートとすることも可能である。第１の谷７８は、バルーンの収縮終了時を中心とした（例えば、心拍周期内の心収縮期の終端を模した）ハーフスキャン収集に対応している。第２の谷８０はバルーンの膨張終了時を中心とした（例えば、心拍周期内の心拡張期の終端を模した）ハーフスキャン収集に対応している。この２つの谷の近傍では、不一致指標の変化率（例えば、傾斜）が異なる。第１の谷７８（例えば、収縮の場合）では、その傾斜は５８３３であり、また第２の谷８０（例えば、膨張の場合）では、その傾斜は３６４０である。したがって、不一致指標傾斜を比較することにより、より急峻な傾斜値を心収縮期に対応させて心臓の心収縮期と心拡張期のフェーズ６２が決定される。心臓の心拡張期フェーズの終端を中心として収集することにより運動アーチファクトを最小にすることができる。
【００２４】
別の実施形態では、心臓の心収縮期フェーズの終端から心臓の心拡張期フェーズの終端までのビューから複数の画像を再構成している。これらの再構成画像は、心臓の様々なフェーズを表しており、ビューを順序通りに観察すると心拍周期を描出することができる。
【００２５】
さらに別の実施形態では、ＣＴシステム１０は、画像を再構成するために大容量記憶装置３８内のコンピュータ読み取り可能な媒体上に置いたコンピュータ・プログラムを含む。このコンピュータ読み取り可能な媒体上には、複数の投影ビューに対する投影データの複数のレコードを格納している。この投影データのレコードから複数の差分投影のレコードを作成している。複数の規則によりこの差分投影のレコードに荷重関数を当てはめ、また複数の規則により投影ビューの各レコードに対する不一致指標のレコードを決定している。
【００２６】
心臓を画像化するこの方法は、ＥＫＧ電気信号ではなく、心臓の力学動作の直接測定に基づいている。さらに、本方法は、投影データを利用して運動誘発性画像アーチファクトを最小とする再構成位置を選択している。さらに、本方法を実現するために、追加のハードウェアを使用したりハードウェアを交換したりする必要がない。
【００２７】
本発明を具体的な様々な実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば、本特許請求の範囲の精神及び範疇の域内の修正を伴って本発明を実施できることを理解するであろう。
【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に示すシステムのブロック概要図である。
【図３】ヒトの心臓の心拡張期と心収縮期のフェーズを決定するためにＣＴシステムで実行される一連のステップを表している流れ図である。
【図４】心臓の心拡張期と心収縮期のフェーズを決定するために使用するビュー番号対不一致指標を図示したチャートである。
【符号の説明】
１０  コンピュータ断層（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、患者
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  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
７２  縦座標
７４  ビュー番号
７６  横座標
７８  第１の谷
８０  第２の谷
【図１】
0004130088.tif 000003
【図２】
0004130088.tif 000004
【図３】
0004130088.tif 000005
【図４】
0004130088.tif 000006