(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリカルスキャンによりデータを収集し、画像再構成面を挟む一組の対向ビューデータを用いて前記画像再構成面内に補間データを求めるＸ線ＣＴ装置であって、
Ｘ線ビーム照射方向を横断する方向に設定した横断座標軸に沿って前記一組の対向ビューデータ間にオフセットが導入されている場合に、前記ヘリカルスキャンによって得られたデータの中から前記画像再構成面を挟む一組の対向ビューデータを選択するデータ選択手段と、
一方の対向ビューデータと、これに対応する他方の対向ビューデータにおける前記横断座標軸の一方向側のオフセットデータとを用いて前記画像再構成面内に前記横断座標軸の一方向側における補間データを求めると共に、前記一方の対向ビューデータと、これに対応する他方の対向ビューデータにおける前記横断座標軸の他方向側のオフセットデータとを用いて前記画像再構成面内に前記横断座標軸の他方向側における補間データを求める補間演算手段と、
前記補間データを等間隔化することにより等間隔化投影データを求める等間隔化手段と、
前記等間隔化投影データを用いて画像を再構成する画像再構成手段とを具備したことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記データ選択手段は、i, ｉ' をビュー番号、ｊ, j' を検出器チャンネル番号としたとき、画像再構成位置ｚｇの一方側のデータＰ1(ｉ,ｊ)と、そのデータＰ1(ｉ,ｊ)のＸ線ビーム経路を基準として一方向側にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側のデータＰ2(ｉ',ｊ')および他方向側にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側のデータＰ2(ｉ'+1,ｊ')とを対向ビューとして選択し、
前記補間演算手段は、前記画像再構成位置ｚｇの一方側のデータＰ1(ｉ,ｊ)と前記一方向側にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側のデータＰ2(ｉ',ｊ')との下記式で表される荷重平均により、一方向側に１／２のオフセットがある補間データＰP(ｉｉ,ｊ)を求め、前記データＰ1(ｉ,ｊ)と前記他方向側にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側のデータＰ2(ｉ'+1,ｊ')との下記式で表される荷重平均により、他方向側に１／２のオフセットがある補間データＰP(ｉｉ+1,ｊ)を求めることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
記
ＰP(ii,j)＝ｗ1(i,j)・Ｐ1(i,j)＋（１−ｗ1(i,j)）・Ｐ2(i',j')
ＰP(ii+1,j)＝ｗ2(i,j)・Ｐ1(i,j)＋（１−ｗ2(i,j)）・Ｐ2(i'+1,j')
ｗ1(i,j)＝（ｚｇ−ｚ(i',j')）／（ｚ(i,j)−ｚ(i',j')）
ｗ2(i,j)＝（ｚｇ−ｚ(i'+1,j')）／（ｚ(i,j)−ｚ(i'+1,j')）
ここで、
ｚ(i,j)はデータＰ1(i,j)のｚ軸位置、
ｚ(i',j')はデータＰ2(i',j')のｚ軸位置、
ｚ(i'+1,j')はデータＰ2(i'+1,j')のｚ軸位置
を表す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、倍密度補間方法およびＸ線ＣＴ（Ｃomputed  Ｔomography）装置に関し、さらに詳しくは、ヘリカルスキャンにより収集したデータの中から画像再構成位置を挟む対向ビューのデータを選択し、それら対向ビューのデータを用いた補間により画像再構成位置における補間データを求める補間方法であって、従来の倍の密度の補間データを求めることができる倍密度補間方法およびその倍密度補間方法を好適に実施できるＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４〜図６は、Ｒ−Ｒ方式のＸ線ＣＴ装置において、データ取得のタイミングを制御することによって一群の平行Ｘ線ビームのデータを取得する原理を示す説明図である。
図４の（ａ）に示すように、Ｘ線ビームのファン角度（検出器１３の両端の検出器チャネルに入射するＸ線ビームのなす角度）の１／２をφとし、検出器角度ピッチ（隣接する検出器チャネルに入射するＸ線ビームのなす角度）をψとし、Ｘ線管１１の角度を０°とし、Ｘ線管１１および検出器１３の回転方向と逆方向に検出器チャネル番号を“１”から“Ｍ”まで付けたとき、検出器チャネル“１”に入射するＸ線ビームが０°軸線Ａとなす角度はφであり、検出器チャネル“２”に入射するＸ線ビームが０°軸線Ａとなす角度は（φ−ψ）である。
次に、図４の（ｂ）に示すように、Ｘ線管１１および検出器１３を検出器角度ピッチψだけ回転させたとき、検出器チャネル“２”に入射するＸ線ビームが０°軸線Ａとなす角度はφであり、検出器チャネル“３”に入射するＸ線ビームが０°軸線Ａとなす角度は（φ−ψ）である。
図４の（ａ）（ｂ）より、第１のＸ線管角度で第１の検出器チャネルに入射するＸ線ビームと、前記第１のＸ線管角度から検出器角度ピッチψだけ回転した第２のＸ線管角度で前記第１の検出器チャネルにＸ線管および検出器の回転方向と逆方向に隣接する第２の検出器チャネルに入射するＸ線ビームとは、平行Ｘ線ビームとなることが判る。
すなわち、図５に示すように、Ｘ線管１１および検出器１３を検出器角度ピッチψだけ回転させる毎に、平行なＸ線ビームが、Ｘ線管および検出器の回転方向と逆方向に隣接する各検出器チャネルに順に入射することとなる。
従って、図６に示すように、Ｘ線管１１および検出器１３が検出器角度ピッチψだけ回転したタイミング毎に、検出器チャネルの番号順にデータを取得すれば、一群の平行Ｘ線ビームのデータを取得することが出来る。
【０００３】
図７〜図８は、ｘｙｚ空間のｚ軸の周りにＸ線管１１および検出器１３を回転させながらｚ軸に沿って移動させてヘリカルスキャンした場合のｙ軸に平行な一群の平行Ｘ線ビームの空間位置を示す説明図である。
図７に示すように、平行な一群の平行Ｘ線ビームのｚ軸位置は、それぞれ異なっている。そして、＋ｚ方向に見て行くと、Ｘ線ビームが−ｙ方向の平行Ｘ線ビームが続いた後、Ｘ線ビームが＋ｙ方向の平行Ｘ線ビームが続いている。
また、図８に示すように、平行な一群の平行Ｘ線ビームのｘ軸位置は、それぞれ異なっている。そして、−ｘ方向から＋ｘ方向へ見て行くと、Ｘ線ビームの照射方向が−ｙ方向である平行Ｘ線ビームと、Ｘ線ビームの照射方向が＋ｙ方向である平行Ｘ線ビームが交互に位置している。なお、図７以降の図において、各Ｘ線ビームの矢頭に示す番号は、当該Ｘ線ビームに対応するデータが収集される時間順を表している。このようなＸ線ビームの配置は、クォーターオフセット（Ｑuater offset）と呼ばれており、高分解能を得るためのものである。
【０００４】
さて、図９に示すように、ｚ軸上に画像再構成位置ｚｇが決められると、ヘリカルスキャンにより取得したデータの中から画像再構成位置ｚｇを挟む対向ビューのデータを選択し、それら対向ビューのデータを用いた補間により画像再構成位置における当該ビューの補間データを求めることが行われる。この対向ビューのデータを用いた補間方法の従来例としては、２つのデータから補間データを求める補間方法（図１０）と、３つのデータから補間データを求める補間方法（図１１）とがある。
【０００５】
図１０に示す補間方法では、画像再構成位置ｚｇの一方側（−ｚ方向側）のデータＰ1(ｉ,ｊ)と、そのデータＰ1(ｉ,ｊ)のＸ線ビーム経路を基準として一方向側（−ｘ方向側）にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側（＋ｚ方向側）のデータＰ2(ｉ',ｊ')とを対向ビューとして選択し、それら対向ビューのデータＰ1(i,j)，Ｐ2(i',j')の荷重平均により補間データＰP(ｉ,ｊ)を求める。すなわち、
ＰP(i,j)＝ｗ1(i,j)・Ｐ1(i,j)＋（１−ｗ1(i,j)）・Ｐ2(i',j')
ｗ1(i,j)＝（ｚｇ−ｚ(i',j')）／（ｚ(i,j)−ｚ(i',j')）
ｚ(i,j)はデータＰ1(i,j)のｚ軸位置、
ｚ(i',j')はデータＰ2(i',j')のｚ軸位置
である。ここで、ｉ，ｉ’はビュー番号を表し、ｊ，ｊ’は検出器チャンネルに付けた検出器チャンネル番号を表わす。
【０００６】
一方、図１１に示す補間方法では、画像再構成位置ｚｇの一方側（−ｚ方向側）のデータＰ1(ｉ,ｊ)と、そのデータＰ1(ｉ,ｊ)のＸ線ビーム経路を基準として一方向側（−ｘ方向側）にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側（＋ｚ方向側）のデータＰ2(ｉ',ｊ')および他方向側（＋ｘ方向側）にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側（＋ｚ方向側）のデータＰ2(ｉ'+1,ｊ')を対向ビューとして選択し、画像再構成位置ｚｇの他方側（＋ｚ方向側）の２つのデータの平均データＰ2(i'+1/2,j')を求め、その平均データＰ2(i'+1/2,j')と前記画像再構成位置ｚｇの一方側（−ｚ方向側）のデータＰ1(ｉ,ｊ)の荷重平均により補間データＰP(ｉ,ｊ)を求める。すなわち、
ＰP(i,j)＝ｗ1(i,j)・Ｐ1(i,j)＋（１−ｗ1(i,j)）・Ｐ2(i'+1/2,j')
ｗ1(i,j)＝（ｚｇ−ｚ(i'+1/2,j')）／（ｚ(i,j)−ｚ(i'+1/2,j')）
Ｐ2(i'+1/2,j')＝（Ｐ2(i',j')＋Ｐ2(i'+1,j')）／２
ｚ(i'+1/2,j')＝（ｚ(i',j')＋ｚ(i'+1,j')）／２
ｚ(i'+1,j')はデータＰ2(i'+1,ｊ')のｚ軸位置
である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の補間方法では、得られる補間データＰP(ｉ,ｊ)の密度は対向データの一方側と同じ密度であり、高分解能を得るためにクォーターオフセット方式により収集されたデータが活用されていない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、従来の倍の密度の補間データを求めることができ、クォーターオフセット方式によって収集されたデータを活用して高分解能を得ることが出来る倍密度補間方法およびＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、ヘリカルスキャンによりデータを収集し、そのデータの中から画像再構成位置における画像再構成面を挟む一組の対向ビューを選択し、この対向ビューデータを用いた補間により前記画像再構成面内に補間データを求める補間方法であって、Ｘ線ビーム照射方向を横断する方向に設定した横断座願軸に沿って前記対向ビューデータ間にオフセットが導入されている場合に、一方の対向ビューデータと、これに対応する他方の対向ビューデータにおける前記横断座標軸の一方向側のオフセットデータとを用いて前記画像再構成面内に前記横断座標軸の一方向側における補間データを求めると共に、前記一方の対向ビューデータと、これに対応する他方の対向ビューデータにおける前記横断座標軸の他方向側のオフセットデータとを用いて前記画像再構成面内に前記横断座標軸の他方向側における補間データを求めることを特徴とする倍密度補間方法を提供する。
上記第１の観点による倍密度補間方法では、画像再構成位置ｚｇの一方側のデータＰ1(ｉ,ｊ)と、そのデータＰ1(ｉ,ｊ)のＸ線ビーム経路を基準として一方向側にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側のデータＰ2(ｉ',ｊ')および他方向側にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側のデータＰ2(ｉ'+1,ｊ')とを対向ビューとして選択する。そして、前記画像再構成位置ｚｇの一方側のデータＰ1(ｉ,ｊ)と前記一方向側にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側のデータＰ2(ｉ',ｊ')の荷重平均により、一方向側に１／２のオフセットがある補間データＰP(ｉｉ,ｊ)を求める。また、前記データＰ1(ｉ,ｊ)と前記他方向側にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側のデータＰ2(ｉ'+1,ｊ')の荷重平均により、他方向側に１／２のオフセットがある補間データＰP(ｉｉ+1,ｊ)を求める。すなわち、
ＰP(ii,j)＝ｗ1(i,j)・Ｐ1(i,j)＋（１−ｗ1(i,j)）・Ｐ2(i',j')
ＰP(ii+1,j)＝ｗ2(i,j)・Ｐ1(i,j)＋（１−ｗ2(i,j)）・Ｐ2(i'+1,j')
ｗ1(i,j)＝（ｚｇ−ｚ(i',j')）／（ｚ(i,j)−ｚ(i',j')）
ｗ2(i,j)＝（ｚｇ−ｚ(i'+1,j')）／（ｚ(i,j)−ｚ(i'+1,j')）
ｚ(i,j)はデータＰ1(i,j)のｚ軸位置、
ｚ(i',j')はデータＰ2(i',j')のｚ軸位置、
ｚ(i'+1,j')はデータＰ2(i'+1,j')のｚ軸位置
である。よって、従来の倍の密度の補間データを求めることができ、クォーターオフセット方式により収集したデータを活用して、高分解能を得ることが出来る。
【０００９】
第２の観点では、本発明は、ヘリカルスキャンによりデータを収集し、画像再構成面を挟む一組の対向ビューデータを用いて前記画像再構成面内に補間データを求めるＸ線ＣＴ装置であって、Ｘ線ビーム照射方向を横断する方向に設定した横断座標軸に沿って前記一組の対向ビューデータ間にオフセットが導入されている場合に、前記へリカルスキャンによって得られたデータの中から前記画像再構成面を挟む―組の対向ビューデー夕を選択するデータ選択手段と、一方の対向ビューデータと、これに対応する他方の対向ビューデータにおける前記横断座標軸の一方向側のオフセットデー夕とを用いて前記画像再構成面内に前記横断座標軸の一方向側における補間データを求めると共に、前記一方の対向ビューデー夕と、これに対応する他方の対向ビューデータにおける前記横断座標軸の他方向側のオフセットデー夕とを用いて前記画像再構成面内に前記横断座標軸の他方向側における補間デー夕を求める補間演算手段とを具備したことを特徴とするＸ線ＣＴ装置を提供する。
上記第２の観点によるＸ線ＣＴ装置では、上記第１の観点による倍密度補間方法を好適に実施できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置のブロック図である。
このＸ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール１と、テーブル装置８と、走査ガントリ９とを具備している。
前記操作コンソール１は、操作者の指示や情報などを受け付ける入力装置２と、データ収集処理や補間処理や画像再構成処理などを実行する中央処理装置３と、制御信号などをテーブル装置８や走査ガントリ９へ出力する制御インタフェース４と、走査ガントリ９で取得したデータを収集するデータ収集バッファ５と、画像やデータを表示するＣＲＴ６と、プログラムやデータを記憶する記憶装置７とを具備している。
前記テーブル装置８は、被検体（被スキャン者）を乗せたクレードル８ｃを移動コントローラ８ａによりｚ方向に移動させる。
前記走査ガントリ９は、Ｘ線コントローラ１０と、Ｘ線管１１と、コリメータ１２と、検出器１３と、データ収集部１４と、被検体の体軸の回りにＸ線管などを回転させる回転コントローラ１５とを具備している。
なお、前記テーブル装置８により被検体を移動する代りに、または、それに加えて、前記走査ガントリ９をｚ方向に移動させるように構成してもよい。
【００１２】
図２は、上記Ｘ線ＣＴ装置１００がヘリカルスキャンによりデータを収集し画像を生成する処理手順のフローチャートである。
ステップＳ１では、ヘリカルスキャンによりローデータｄ(ｉ，ｊ)を収集する。すなわち、Ｘ線管１１とコリメータ１２と検出器１３とを回転運動させると共に被検体（またはＸ線管１１とコリメータ１２と検出器１３）をｚ軸に沿って直線移動させ、前記ｚ軸上の複数の撮影位置ごとに当該撮影位置に対応したビューのローデータｄ(ｉ，ｊ)を収集する。
ステップＳ２では、ファン／パラ変換および前処理により平行Ｘ線ビームの投影データＰ(ｉ，ｊ)を求める。
【００１３】
ステップＳ３では、倍密度補間により画像再構成位置ｚｇにおける全ビューの補間データＰＰ(ｉｉ，ｊ)を求める。すなわち、図３の（ａ）（ｂ）に示すようにｙ軸に平行な一群の平行Ｘ線ビームを例にとって説明すると、画像再構成位置ｚｇの一方側（−ｚ方向側）のデータＰ1(ｉ,ｊ)と、そのデータＰ1(ｉ,ｊ)のＸ線ビーム経路を基準として一方向側（−ｘ方向側）にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側（＋ｚ方向側）のデータＰ2(ｉ',ｊ')および他方向側（＋ｘ方向側）にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側（＋ｚ方向側）のデータＰ2(ｉ'+1,ｊ')とを対向ビューとして選択する。そして、前記画像再構成位置ｚｇの一方側（−ｚ方向側）のデータＰ1(ｉ,ｊ)と前記一方向側（−ｘ方向側）にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側（＋ｚ方向側）のデータＰ2(ｉ',ｊ')の荷重平均により、一方向側（−ｘ方向側）に１／２のオフセットがある補間データＰP(ｉｉ,ｊ)を求める。また、前記データＰ1(ｉ,ｊ)と前記他方向側（＋ｘ方向側）にオフセットがある画像再構成位置ｚｇの他方側（＋ｚ方向側）のデータＰ2(ｉ'+1,ｊ')の荷重平均により、他方向側（＋ｘ方向側）に１／２のオフセットがある補間データＰP(ｉｉ+1,ｊ)を求める。すなわち、
ＰP(ii,j)＝ｗ1(i,j)・Ｐ1(i,j)＋（１−ｗ1(i,j)）・Ｐ2(i',j')
ＰP(ii+1,j)＝ｗ2(i,j)・Ｐ1(i,j)＋（１−ｗ2(i,j)）・Ｐ2(i'+1,j')
ｗ1(i,j)＝（ｚｇ−ｚ(i',j')）／（ｚ(i,j)−ｚ(i',j')）
ｗ2(i,j)＝（ｚｇ−ｚ(i'+1,j')）／（ｚ(i,j)−ｚ(i'+1,j')）
ｚ(i,j)はデータＰ1(i,j)のｚ軸位置、
ｚ(i',j')はデータＰ2(i',j')のｚ軸位置、
ｚ(i'+1,j')はデータＰ2(i'+1,j')のｚ軸位置
である。よって、図３の（ａ）（ｂ）に示すように、画像再構成面に得られる補間データＰP(ｉｉ,ｊ)の密度は対向データの一方側の倍の密度となる。
【００１４】
図２に戻り、ステップＳ４では、補間データＰP(ｉｉ,ｊ)を等間隔化処理し、等間隔化投影データＰP'(ｉｉ",ｊ)を求める。これは、ヘリカルスキャンでは、図３の（ｂ）に示すように、各対向ビューに対応するＸ線ビームの画像再構成面からの距離が等しくならないため、補間データＰP(ｉｉ,ｊ)も等間隔にならず、これを等間隔に補正する必要があるからである。
ステップＳ５では、等間隔化投影データＰP'(ｉｉ",ｊ)にフィルタードバックプロジェクションを施し、画像を再構成する。この画像は、等間隔化投影データＰP'(ｉｉ",ｊ)が従来の倍密度であるため、従来より高精細な画像となる。
【００１５】
以上のＸ線ＣＴ装置１００によれば、補間データＰP(ｉｉ,ｊ)を従来の倍密度で求めることができるため、クォーターオフセット方式により収集したデータを活用して高分解能の画像を得ることが出来る。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の倍密度補間方法およびＸ線ＣＴ装置によれば、従来の倍の密度の補間データを求めることができ、クォーターオフセット方式により収集したデータを活用して高分解能の高精細画像を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置の構成図である。
【図２】ヘリカルスキャンによりローデータを取得し画像を生成する処理手順のフローチャートである。
【図３】本発明にかかる補間データの空間密度を示す説明図である。
【図４】Ｘ線ビームが平行となる場合のＸ線管および検出器の回転角度と検出器チャネルの関係を示す説明図である。
【図５】一群の平行ビームのデータを取得できるＸ線管および検出器の回転角度と検出器チャネルの関係を示す説明図である。
【図６】一群の平行ビームのデータを取得できるＸ線管および検出器の回転角度とサンプリングする検出器チャネル番号の関係を示す説明図である。
【図７】一群の平行ビームのｚ軸上の空間位置を示す説明図である。
【図８】一群の平行ビームのｘ軸上の空間位置を示す説明図である。
【図９】平行ビームと画像再構成位置のｚ軸上の空間位置を示す説明図である。
【図１０】従来の補間データの一例の空間密度を示す説明図である。
【図１１】従来の補間データの別の一例の空間密度を示す説明図である。
【符号の説明】
１００      Ｘ線ＣＴ装置
１          操作コンソール
３          中央処理装置
８          テーブル装置
９          走査ガントリ
１１        Ｘ線管
１３        検出器
【図１】
0003802650.tif 000002
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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