JPH10201751A - 円錐形ビーム撮像における境界誤差を除去する方法と装置 - Google Patents
円錐形ビーム撮像における境界誤差を除去する方法と装置Info
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 円錐形ビームＣＴ撮像装置において円錐形ビ
ーム像よりも小さい高さの面検出器を使用する際に生ず
る像再構成誤差を避ける。 【解決手段】 検出器（１２）の上部および下部エッジ
（３６、３４）に向かって延在し、ラドン導関数データ
を計算するために使用される線分Ｌからの直交方向にお
ける平行移動の量（ｗ）を、該上部及び下部エッジにお
いて隣接する検出器行（３８、４０）の間隔（Ｎ）に相
関させる。好適な実施例においては、検出器（１２）は
複数のＭ行の検出素子を上部及び下部エッジ間に有し、
さらにＮ行の検出素子（３８、４０）が該上部及び下部
エッジそれぞれに隣接して配設される。
ーム像よりも小さい高さの面検出器を使用する際に生ず
る像再構成誤差を避ける。 【解決手段】 検出器（１２）の上部および下部エッジ
（３６、３４）に向かって延在し、ラドン導関数データ
を計算するために使用される線分Ｌからの直交方向にお
ける平行移動の量（ｗ）を、該上部及び下部エッジにお
いて隣接する検出器行（３８、４０）の間隔（Ｎ）に相
関させる。好適な実施例においては、検出器（１２）は
複数のＭ行の検出素子を上部及び下部エッジ間に有し、
さらにＮ行の検出素子（３８、４０）が該上部及び下部
エッジそれぞれに隣接して配設される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は概して３次元コンピ
ュータ断層撮影（ＣＴ）に関し、より詳細には円錐形ビ
ームＣＴイメージング装置において比較的小さい面積の
検出器を使用しても、像再構成の際のアーチファクトの
原因となる検出器境界誤差を除去できる方法と装置に関
する。
ュータ断層撮影（ＣＴ）に関し、より詳細には円錐形ビ
ームＣＴイメージング装置において比較的小さい面積の
検出器を使用しても、像再構成の際のアーチファクトの
原因となる検出器境界誤差を除去できる方法と装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の医療用又は工業用コンピュータ断
層撮影においては、Ｘ線扇型ビームと線形アレー検出器
を使用して２次元（２Ｄ）イメージングを行っている。
収集されたデータセットが完全で像品質がそれに応じて
高い場合でも、物体の単一のスライスしか一度に撮像で
きない。そのため、３Ｄイメージが必要な場合、スライ
スの積み重ねを収集する手法が取られるが、一度に１個
の２Ｄスライスを得て３Ｄデータを得る方法は時間がか
からざるを得ない。更には医療分野での応用において、
隣接するスライスが同時に撮像されないことにより、動
きアーチファクトが生ずる。また、スライス間の距離が
典型的にはＸ線コリメータ開口以下であるため、線量利
用率が最適でなく、体の多くの部分において２重に照射
が行われてしまう。２次元ＣＴでは、光源のスキャニン
グ軌道は単に物体の周囲の円形スキャンであることが多
い。
層撮影においては、Ｘ線扇型ビームと線形アレー検出器
を使用して２次元（２Ｄ）イメージングを行っている。
収集されたデータセットが完全で像品質がそれに応じて
高い場合でも、物体の単一のスライスしか一度に撮像で
きない。そのため、３Ｄイメージが必要な場合、スライ
スの積み重ねを収集する手法が取られるが、一度に１個
の２Ｄスライスを得て３Ｄデータを得る方法は時間がか
からざるを得ない。更には医療分野での応用において、
隣接するスライスが同時に撮像されないことにより、動
きアーチファクトが生ずる。また、スライス間の距離が
典型的にはＸ線コリメータ開口以下であるため、線量利
用率が最適でなく、体の多くの部分において２重に照射
が行われてしまう。２次元ＣＴでは、光源のスキャニン
グ軌道は単に物体の周囲の円形スキャンであることが多
い。
【０００３】近年開発された円錐型ビーム形状を使用し
た３Ｄイメージング用システムでは扇形ビーム源の代わ
りに円錐形ビームＸ線源と、線形アレー検出器の代わり
に２Ｄ面検出器を有している。撮像対象物体のスキャニ
ングは、好適には３６０度の角度範囲にわたって物体周
囲のスキャニング軌道に沿ってＸ線源を移動させるか、
又は線源を静止させたままで物体を回転させることによ
り行われる。いずれの場合でも、面検出器は線源に対し
て固定され、線源と物体間の相対運動によりスキャニン
グ（円錐形ビームエネルギーによる物体の照射）が行わ
れる。従来の２Ｄ“スライス積み重ね”手法による３Ｄ
イメージングに比較して、円錐形ビーム手法によれば、
医療及び工業の双方の分野において高速かつ線量利用率
の改善された３Ｄイメージングが実現可能となる。
た３Ｄイメージング用システムでは扇形ビーム源の代わ
りに円錐形ビームＸ線源と、線形アレー検出器の代わり
に２Ｄ面検出器を有している。撮像対象物体のスキャニ
ングは、好適には３６０度の角度範囲にわたって物体周
囲のスキャニング軌道に沿ってＸ線源を移動させるか、
又は線源を静止させたままで物体を回転させることによ
り行われる。いずれの場合でも、面検出器は線源に対し
て固定され、線源と物体間の相対運動によりスキャニン
グ（円錐形ビームエネルギーによる物体の照射）が行わ
れる。従来の２Ｄ“スライス積み重ね”手法による３Ｄ
イメージングに比較して、円錐形ビーム手法によれば、
医療及び工業の双方の分野において高速かつ線量利用率
の改善された３Ｄイメージングが実現可能となる。
【０００４】３Ｄイメージングに使用される２Ｄ面検出
器は一般的に、検出素子が行列に配置されて２Ｄアレー
を構成している。従来の面検出器は一般的に、例えばＸ
線イメージ像倍管のように寸法が大きい一方低品質であ
るか、又は寸法が小さく高品質である。コスト高その他
の要素により、高品質で高解像度の大面積２Ｄアレー検
出器は一般に入手不可能である。出願人の米国特許第５
３９０１１２号明細書には、円錐形ビームＣＴ装置が開
示されている。この装置によれば螺旋状のスキャン軌道
に沿ってＸ線源が移動し、比較的長い物体が撮像され、
Ｘ線検出器は物体よりも大幅に短い。検出器の高さに関
しては、Ｘ線源の螺旋状スキャンにおける隣接する曲部
間の距離より長いことが唯一の必要条件とされる。上記
米国特許において考慮されていない問題として、物体の
円錐形ビーム像が検出器の範囲を超えてしまい、その結
果物体の像再構成において誤差が生じてしまうことが挙
げられる。
器は一般的に、検出素子が行列に配置されて２Ｄアレー
を構成している。従来の面検出器は一般的に、例えばＸ
線イメージ像倍管のように寸法が大きい一方低品質であ
るか、又は寸法が小さく高品質である。コスト高その他
の要素により、高品質で高解像度の大面積２Ｄアレー検
出器は一般に入手不可能である。出願人の米国特許第５
３９０１１２号明細書には、円錐形ビームＣＴ装置が開
示されている。この装置によれば螺旋状のスキャン軌道
に沿ってＸ線源が移動し、比較的長い物体が撮像され、
Ｘ線検出器は物体よりも大幅に短い。検出器の高さに関
しては、Ｘ線源の螺旋状スキャンにおける隣接する曲部
間の距離より長いことが唯一の必要条件とされる。上記
米国特許において考慮されていない問題として、物体の
円錐形ビーム像が検出器の範囲を超えてしまい、その結
果物体の像再構成において誤差が生じてしまうことが挙
げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】よって本発明の課題
は、円錐形ビーム像よりも小さい面検出器を使用する際
に生じる像再構成誤差を低減することである。
は、円錐形ビーム像よりも小さい面検出器を使用する際
に生じる像再構成誤差を低減することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上記課題
は、検出器の上部と下部エッジ方向に伸びる線分Ｌを直
交方向に平行移動させ、その移動量を検出器の上部と下
部エッジに隣接する検出器素子行間の間隔に相関させる
ことにより解決される。前記上部と下部エッジはラドン
導関数データを計算するために使用される。好適な実施
例では検出器は複数のＭ行の検出素子を有し、これらＭ
行の検出素子は検出器の上部と下部エッジ間に中心を有
するよう配設される。さらにＮ行の検出素子がＭ行の検
出素子に隣接して検出器の上部と下部に配設される（Ｎ
は１でも良い）。
は、検出器の上部と下部エッジ方向に伸びる線分Ｌを直
交方向に平行移動させ、その移動量を検出器の上部と下
部エッジに隣接する検出器素子行間の間隔に相関させる
ことにより解決される。前記上部と下部エッジはラドン
導関数データを計算するために使用される。好適な実施
例では検出器は複数のＭ行の検出素子を有し、これらＭ
行の検出素子は検出器の上部と下部エッジ間に中心を有
するよう配設される。さらにＮ行の検出素子がＭ行の検
出素子に隣接して検出器の上部と下部に配設される（Ｎ
は１でも良い）。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１には本発明を実施するのに適
した円錐形ビーム３Ｄ−ＣＴ撮像装置が示されている。
この装置は以下に説明する点を除いて上述の米国特許第
５３９０１１２号明細書に開示されているものと実質的
に同じである。図示のように、コンピュータ制御された
マニピュレータ６は適切にプログラムされたコンピュー
タ８からの制御信号に反応して、円錐形ビーム光源１０
と２次元アレー検出器１２を、所定の光源スキャニング
軌道に沿って協働して作動させる。該スキャニング軌道
は物体１６の所定の軸１５を中心とする螺旋状スキャン
路１４として図示されている。検出器１２は円錐形ビー
ム投影データを一通り収集し、該データは最終的には物
体１６の像再構成に使用される。コンピュータ６、マニ
ピュレータ８、光源１０及び検出器１２は概して当業者
には公知の方法、例えば出願人の上記米国特許に記載の
如く協働して作動するため、動作の詳細な説明は省略す
る。別の方法として、物体１６を回転させ、光源と検出
器を固定した位置でスキャニングを行っても同じことで
ある。さらにスキャニングは連続的又は段階的に行うこ
とも可能である。螺旋状経路の巻線（段）間隔は等しく
ても良いし、又は出願人の１９９６年９月３０日同時出
願である米国特許出願第０８／７２４６９７号明細書に
記載のように物体の関心領域の上部及び下部エッジに向
かってピッチを狭めても良い。物体としては例えば工作
物、治療患者、又はその他の撮像対象である。光源１０
はＸ線源として説明するが、その他の例えばニュートロ
ンやポジトロン等の撮像エネルギーも使用できる。
した円錐形ビーム３Ｄ−ＣＴ撮像装置が示されている。
この装置は以下に説明する点を除いて上述の米国特許第
５３９０１１２号明細書に開示されているものと実質的
に同じである。図示のように、コンピュータ制御された
マニピュレータ６は適切にプログラムされたコンピュー
タ８からの制御信号に反応して、円錐形ビーム光源１０
と２次元アレー検出器１２を、所定の光源スキャニング
軌道に沿って協働して作動させる。該スキャニング軌道
は物体１６の所定の軸１５を中心とする螺旋状スキャン
路１４として図示されている。検出器１２は円錐形ビー
ム投影データを一通り収集し、該データは最終的には物
体１６の像再構成に使用される。コンピュータ６、マニ
ピュレータ８、光源１０及び検出器１２は概して当業者
には公知の方法、例えば出願人の上記米国特許に記載の
如く協働して作動するため、動作の詳細な説明は省略す
る。別の方法として、物体１６を回転させ、光源と検出
器を固定した位置でスキャニングを行っても同じことで
ある。さらにスキャニングは連続的又は段階的に行うこ
とも可能である。螺旋状経路の巻線（段）間隔は等しく
ても良いし、又は出願人の１９９６年９月３０日同時出
願である米国特許出願第０８／７２４６９７号明細書に
記載のように物体の関心領域の上部及び下部エッジに向
かってピッチを狭めても良い。物体としては例えば工作
物、治療患者、又はその他の撮像対象である。光源１０
はＸ線源として説明するが、その他の例えばニュートロ
ンやポジトロン等の撮像エネルギーも使用できる。
【０００８】検出器１２内の素子に入射し検出されたＸ
線エネルギーはデータ収集システム（ＤＡＳ）１７に供
給される。ＤＡＳ１７は既述の図１におけると同様に当
業者には公知の方法で動作し、デジタル化、前置処理、
及び円錐形投影データの記憶が行われる。
線エネルギーはデータ収集システム（ＤＡＳ）１７に供
給される。ＤＡＳ１７は既述の図１におけると同様に当
業者には公知の方法で動作し、デジタル化、前置処理、
及び円錐形投影データの記憶が行われる。
【０００９】円錐形ビーム投影データはＤＡＳ１７から
プロセッサ１８に送られる。プロセッサ１８は図示のブ
ロックにより表されたような様々なデータ変換を行うよ
うプログラムされたコンピュータにより構成できる。ブ
ロック２０では円錐形ビームデータがラドン導関数デー
タに変換される。これは出願人の上記米国特許第５２５
７１８３号に開示された手法により達成できるが、既述
のように、また以下に詳述するようにこの手法による導
関数データへの変換では、再構成像にアーチファクトが
生じることがある。ブロック２２ではラドン導関数デー
タは極部グリッド点におけるラドンデータに変換され、
その際例えば米国特許第５４４６７７６号に開示された
手法を用いる。極部グリッド点のラドンデータはブロッ
ク２４に供給され、そこで例えば上記米国特許第５２５
７１８３号に開示されている公知の方法で逆３Ｄラドン
変換を行う。ブロック２６では再構成像データが作成さ
れて、プロセッサ１８からディスプレイ２８に送られ
る。ディスプレイ２８は公知の様に動作して物体１６の
３Ｄ−ＣＴイメージを提供する。
プロセッサ１８に送られる。プロセッサ１８は図示のブ
ロックにより表されたような様々なデータ変換を行うよ
うプログラムされたコンピュータにより構成できる。ブ
ロック２０では円錐形ビームデータがラドン導関数デー
タに変換される。これは出願人の上記米国特許第５２５
７１８３号に開示された手法により達成できるが、既述
のように、また以下に詳述するようにこの手法による導
関数データへの変換では、再構成像にアーチファクトが
生じることがある。ブロック２２ではラドン導関数デー
タは極部グリッド点におけるラドンデータに変換され、
その際例えば米国特許第５４４６７７６号に開示された
手法を用いる。極部グリッド点のラドンデータはブロッ
ク２４に供給され、そこで例えば上記米国特許第５２５
７１８３号に開示されている公知の方法で逆３Ｄラドン
変換を行う。ブロック２６では再構成像データが作成さ
れて、プロセッサ１８からディスプレイ２８に送られ
る。ディスプレイ２８は公知の様に動作して物体１６の
３Ｄ−ＣＴイメージを提供する。
【００１０】図１のブロックのより詳細な説明は上記米
国特許に記載されている。
国特許に記載されている。
【００１１】図２において、上記米国特許第５２５７１
８３号に記載された様な、ラドンデータの導関数データ
を得る手法を以下に簡単に説明する。
８３号に記載された様な、ラドンデータの導関数データ
を得る手法を以下に簡単に説明する。
【００１２】上述のように、ブロック２０では円錐形ビ
ームデータがラドン導関数データに変換される。米国特
許第５２５７１８３号に記載されているように、物体の
個々の点におけるラドンデータを得るためには、光源、
物体及び検出器と交差する平面Ｑ上における、Ｘ線減衰
係数の物体密度平面積分値が必要である。図２は（図示
しない）平面Ｑが 、Ｘ線源１０、支持体上の点Ｐ（ラ
ドン空間内における、物体のラドン変換が零でない領
域）、及び検出器１２と交差した結果を示す。平面Ｑは
検出器１２を線分Ｌにおいて交差する。上記米国特許第
５２５７１８３号に詳述されているように、ラドンデー
タはただ単に円錐形ビーム投影データを正規化検出器平
面上の直線に沿って積分するだけでは得られない。（た
だし、検出器上のデータが複数の平行Ｘ線ビームにより
発生されたのであれば、正規化検出器平面上の直線に沿
って円錐形ビーム投影データを積分することによりラド
ンデータが得られる。）米国特許第５２５７１８３号に
記載されている如く、積分された円錐形ビームデータか
らラドンデータを得る手法によれば、平面Ｑをわずか
に、原点Ｏを含む平面上で任意の軸を中心として回転さ
せる。この回転により、平面Ｑ上の物体密度平面積分に
導関数値を導入できる。即ち、検出器１２上において隣
接する線分の対Ｌ１とＬ２上の重み付き線積分間の差を
計算することにより導入できる。線分Ｌ１とＬ２は線分
Ｌに対して密な間隔を有し、それぞれ回転された平面Ｑ
１とＱ２により形成される。この手法によれば物体内の
点Ｐにおけるラドンデータの半径方向導関数が以下のス
テップに従って評価される： １．点Ｐを通過しかつ線ＯＰに直交する平面Ｑを決定す
る。
ームデータがラドン導関数データに変換される。米国特
許第５２５７１８３号に記載されているように、物体の
個々の点におけるラドンデータを得るためには、光源、
物体及び検出器と交差する平面Ｑ上における、Ｘ線減衰
係数の物体密度平面積分値が必要である。図２は（図示
しない）平面Ｑが 、Ｘ線源１０、支持体上の点Ｐ（ラ
ドン空間内における、物体のラドン変換が零でない領
域）、及び検出器１２と交差した結果を示す。平面Ｑは
検出器１２を線分Ｌにおいて交差する。上記米国特許第
５２５７１８３号に詳述されているように、ラドンデー
タはただ単に円錐形ビーム投影データを正規化検出器平
面上の直線に沿って積分するだけでは得られない。（た
だし、検出器上のデータが複数の平行Ｘ線ビームにより
発生されたのであれば、正規化検出器平面上の直線に沿
って円錐形ビーム投影データを積分することによりラド
ンデータが得られる。）米国特許第５２５７１８３号に
記載されている如く、積分された円錐形ビームデータか
らラドンデータを得る手法によれば、平面Ｑをわずか
に、原点Ｏを含む平面上で任意の軸を中心として回転さ
せる。この回転により、平面Ｑ上の物体密度平面積分に
導関数値を導入できる。即ち、検出器１２上において隣
接する線分の対Ｌ１とＬ２上の重み付き線積分間の差を
計算することにより導入できる。線分Ｌ１とＬ２は線分
Ｌに対して密な間隔を有し、それぞれ回転された平面Ｑ
１とＱ２により形成される。この手法によれば物体内の
点Ｐにおけるラドンデータの半径方向導関数が以下のス
テップに従って評価される： １．点Ｐを通過しかつ線ＯＰに直交する平面Ｑを決定す
る。
【００１３】２．平面Ｑが、正規化された検出器平面と
交差するような線分Ｌを決定する。
交差するような線分Ｌを決定する。
【００１４】３．線ＳＣが線分Ｌと直交するような、線
分Ｌ上の点Ｃを求める。
分Ｌ上の点Ｃを求める。
【００１５】４．線分Ｌ上の任意の点Ｃ’を取り、Ｓか
らＣ’までの線として回転軸ａ’を定義する。平面Ｑを
回転軸ａ’を中心として小さな角度±δβ／２だけ同等
に回転させ、平面Ｑ１とＱ２を得、線分Ｌを点Ｃ’を中
心に小さな角度±δβ’／２だけ同等に検出器平面上で
回転させ、それぞれ線分Ｌ１とＬ２を得る。平面Ｑ１、
Ｑ２は正規化された検出器平面１２をそれぞれ線分
Ｌ１、Ｌ２で交差する。
らＣ’までの線として回転軸ａ’を定義する。平面Ｑを
回転軸ａ’を中心として小さな角度±δβ／２だけ同等
に回転させ、平面Ｑ１とＱ２を得、線分Ｌを点Ｃ’を中
心に小さな角度±δβ’／２だけ同等に検出器平面上で
回転させ、それぞれ線分Ｌ１とＬ２を得る。平面Ｑ１、
Ｑ２は正規化された検出器平面１２をそれぞれ線分
Ｌ１、Ｌ２で交差する。
【００１６】５．線分Ｌ１とＬ２上で量Ｊ１とＪ２を計
算する。
算する。
【００１７】６．角度δβ’から幾何学的に角度δβを
計算する。
計算する。
【００１８】７．そして、点Ｐにおけるラドンデータの
半径方向導関数を、前記量Ｊ１，Ｊ２及びδβから以下
の等式に従って求める：
半径方向導関数を、前記量Ｊ１，Ｊ２及びδβから以下
の等式に従って求める：
【００１９】
【数１】
【００２０】上記の手順に従ってラドンデータを、円錐
形ビーム光源により照射される物体を通過する全ての平
面に対して得ることができる。しかし、この手順によれ
ば、以下の条件を満たした場合にのみ、物体密度平面積
分の導関数の近似が良好に得られる： １．線分Ｌ１とＬ２間の間隔が小さい、及び ２．線分Ｌ１とＬ２の長さが等しく、それぞれ線分Ｌか
ら、図３の（ａ）と（ｂ）に示すように線分Ｌに直交す
る平行移動か、又は点Ｃ’を中心とした回転操作により
作成されたものである。これら２つの操作が同じである
ことは、点Ｃ’が点Ｃから無限遠にあることを想像すれ
ば容易に理解される。
形ビーム光源により照射される物体を通過する全ての平
面に対して得ることができる。しかし、この手順によれ
ば、以下の条件を満たした場合にのみ、物体密度平面積
分の導関数の近似が良好に得られる： １．線分Ｌ１とＬ２間の間隔が小さい、及び ２．線分Ｌ１とＬ２の長さが等しく、それぞれ線分Ｌか
ら、図３の（ａ）と（ｂ）に示すように線分Ｌに直交す
る平行移動か、又は点Ｃ’を中心とした回転操作により
作成されたものである。これら２つの操作が同じである
ことは、点Ｃ’が点Ｃから無限遠にあることを想像すれ
ば容易に理解される。
【００２１】ほとんどの従来技術による円錐形ビーム装
置では条件（２）はさほど重要ではないが、それは線分
Ｌ，Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ通常、円錐形ビーム像を超え
て延在するため、線分Ｌ１とＬ２の端部での検出器の値
が零であるからである。よって、それらは重み付けされ
た積分値に対して何の貢献も影響も有さない。
置では条件（２）はさほど重要ではないが、それは線分
Ｌ，Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ通常、円錐形ビーム像を超え
て延在するため、線分Ｌ１とＬ２の端部での検出器の値
が零であるからである。よって、それらは重み付けされ
た積分値に対して何の貢献も影響も有さない。
【００２２】しかし、図１に示された円錐形ビーム螺旋
状スキャン装置においては、物体は検出器１２により規
定される視野より大きく、従って円錐形ビーム像が検出
器１２の上部と下部エッジを超えて延在する。この状態
が図４により詳細に示されている。同図において、線３
０、Ｌ及び３２は密な間隔を有している。線分Ｌ１とＬ
２は長さが等しく、それぞれ両線分間に位置する線Ｌか
ら（図３（ａ）に大まかに示すように）線分Ｌに直交す
る方向において量ｗだけ互いに逆方向に向けて平行移動
することにより求められる。ただし、図４からも明らか
なように線分Ｌからの平行移動（点線）の結果、線分Ｌ
１とＬ２それぞれの端部即ちΔＬ１’、ΔＬ２’がそれ
ぞれ検出器１２の下部エッジ３４と上部３６エッジ３６
を超えてしまう。また、線３２の端部ΔＬ１には対応す
る部分（同様の空間位置を有する部分）が線３０上にな
く、また線３０の端部ΔＬ２にも対応する部分が線３２
上にないため、それらを失われた線分ΔＬ１’及びΔＬ
２’の代替として使用することはできない。さらに、円
錐形ビーム像は検出器１２の上側および下側エッジ３
６、３４を超えて延在するため、検出器１２の素子によ
り線部分ΔＬ１、ΔＬ２において得られる強度値は零と
ならない。
状スキャン装置においては、物体は検出器１２により規
定される視野より大きく、従って円錐形ビーム像が検出
器１２の上部と下部エッジを超えて延在する。この状態
が図４により詳細に示されている。同図において、線３
０、Ｌ及び３２は密な間隔を有している。線分Ｌ１とＬ
２は長さが等しく、それぞれ両線分間に位置する線Ｌか
ら（図３（ａ）に大まかに示すように）線分Ｌに直交す
る方向において量ｗだけ互いに逆方向に向けて平行移動
することにより求められる。ただし、図４からも明らか
なように線分Ｌからの平行移動（点線）の結果、線分Ｌ
１とＬ２それぞれの端部即ちΔＬ１’、ΔＬ２’がそれ
ぞれ検出器１２の下部エッジ３４と上部３６エッジ３６
を超えてしまう。また、線３２の端部ΔＬ１には対応す
る部分（同様の空間位置を有する部分）が線３０上にな
く、また線３０の端部ΔＬ２にも対応する部分が線３２
上にないため、それらを失われた線分ΔＬ１’及びΔＬ
２’の代替として使用することはできない。さらに、円
錐形ビーム像は検出器１２の上側および下側エッジ３
６、３４を超えて延在するため、検出器１２の素子によ
り線部分ΔＬ１、ΔＬ２において得られる強度値は零と
ならない。
【００２３】その結果、線部分ΔＬ１、ΔＬ２からの零
でない強度値を使用すると、線３０と３２において検出
器と交差する平面Ｑ上の平面積分の導関数を計算する際
に誤差が生ずる。簡略化のため、このような誤差を境界
誤差と呼ぶ。例えば螺旋状スキャン軌道の隣接する巻線
間隔程度の、高さの低減された検出器から見れば、線部
分ΔＬ１、ΔＬ２間の距離は大きく、よって境界誤差も
大きくなる。図３（ｂ）に示したような回転操作により
作成された線分Ｌ１とＬ２に対しては、上記のような境
界誤差は重大でない。なぜなら、出願人の米国特許第５
３４１４６０号に記載のように、線積分Ｊを定義する等
式の分母に（ｔ−ΔＣ）の項があるからである。この項
（ｔ−ΔＣ）はＣ’とＰ間の距離を表しており、従って
Ｃ’とＰ間の距離が大きいほど、当該点の線積分値が小
さくなる。その結果、線分Ｌ１とＬ２の端の部分Δ
Ｌ１、ΔＬ２上の点は線Ｌ１とＬ２が交差する点Ｃ’か
ら最も遠いため、これらの部分ΔＬ１、ΔＬ２による線
積分値に対する貢献は無視できる程度になる。
でない強度値を使用すると、線３０と３２において検出
器と交差する平面Ｑ上の平面積分の導関数を計算する際
に誤差が生ずる。簡略化のため、このような誤差を境界
誤差と呼ぶ。例えば螺旋状スキャン軌道の隣接する巻線
間隔程度の、高さの低減された検出器から見れば、線部
分ΔＬ１、ΔＬ２間の距離は大きく、よって境界誤差も
大きくなる。図３（ｂ）に示したような回転操作により
作成された線分Ｌ１とＬ２に対しては、上記のような境
界誤差は重大でない。なぜなら、出願人の米国特許第５
３４１４６０号に記載のように、線積分Ｊを定義する等
式の分母に（ｔ−ΔＣ）の項があるからである。この項
（ｔ−ΔＣ）はＣ’とＰ間の距離を表しており、従って
Ｃ’とＰ間の距離が大きいほど、当該点の線積分値が小
さくなる。その結果、線分Ｌ１とＬ２の端の部分Δ
Ｌ１、ΔＬ２上の点は線Ｌ１とＬ２が交差する点Ｃ’か
ら最も遠いため、これらの部分ΔＬ１、ΔＬ２による線
積分値に対する貢献は無視できる程度になる。
【００２４】本発明の原理に従えば、線部分ΔＬ１’、
ΔＬ２’が失われることによる誤差を費用効率の高い方
法で避けることができる。即ち、検出器１２の上部エッ
ジ３６の上にＮ個（Ｎは１でも良い）の検出器の行を付
加し、さらにＮ個（Ｎは１でも良い）の検出器の列を検
出器１２の下部エッジ３４の下に付加し、線分Ｌ１とＬ
２を作成する際に使用する線分Ｌからの直交平行移動量
を、前記Ｍ行に隣接する前記Ｎ個の検出器行間の間隔の
Ｎ倍未満又はそれに等しくなるよう相関付けることによ
り行われる。非常に費用効率の高い好適な実施例では、
検出器１２を構成する検出素子行の全ての間隔が均一で
あり、検出器１２の上部と下部エッジには検出器素子が
１行だけ追加され、線分Ｌと線分Ｌ１又はＬ２間の間隔
が、検出素子の隣接する行間の間隔の１倍未満か又はそ
れに等しくなるよう制御される。これは図５に示され、
同図においてＮ行の追加検出素子（Ｎは１でも良い）
が、元の上部エッジ３６と元の下部エッジ３４間のＭ行
の検出器素子に追加されている。別の実施例ではＭは例
えば８０とすることができ、それぞれの行を例えば素子
５００〜１０００個分の長さとすることができる。有効
な検出器領域のＭ行は図５に示したように螺旋ピッチに
より決定される。よって、従来の技術によれば、これら
Ｍ行で境界付けられた円錐形ビームデータのみが、物体
密度平面積分を計算するために必要とされる。上記のよ
うな追加の２行の検出器上のデータは本発明の原理によ
って境界誤差を除去するために使用しない限り、余分な
ものとなってしまう。
ΔＬ２’が失われることによる誤差を費用効率の高い方
法で避けることができる。即ち、検出器１２の上部エッ
ジ３６の上にＮ個（Ｎは１でも良い）の検出器の行を付
加し、さらにＮ個（Ｎは１でも良い）の検出器の列を検
出器１２の下部エッジ３４の下に付加し、線分Ｌ１とＬ
２を作成する際に使用する線分Ｌからの直交平行移動量
を、前記Ｍ行に隣接する前記Ｎ個の検出器行間の間隔の
Ｎ倍未満又はそれに等しくなるよう相関付けることによ
り行われる。非常に費用効率の高い好適な実施例では、
検出器１２を構成する検出素子行の全ての間隔が均一で
あり、検出器１２の上部と下部エッジには検出器素子が
１行だけ追加され、線分Ｌと線分Ｌ１又はＬ２間の間隔
が、検出素子の隣接する行間の間隔の１倍未満か又はそ
れに等しくなるよう制御される。これは図５に示され、
同図においてＮ行の追加検出素子（Ｎは１でも良い）
が、元の上部エッジ３６と元の下部エッジ３４間のＭ行
の検出器素子に追加されている。別の実施例ではＭは例
えば８０とすることができ、それぞれの行を例えば素子
５００〜１０００個分の長さとすることができる。有効
な検出器領域のＭ行は図５に示したように螺旋ピッチに
より決定される。よって、従来の技術によれば、これら
Ｍ行で境界付けられた円錐形ビームデータのみが、物体
密度平面積分を計算するために必要とされる。上記のよ
うな追加の２行の検出器上のデータは本発明の原理によ
って境界誤差を除去するために使用しない限り、余分な
ものとなってしまう。
【００２５】再び図５において、本発明の原理によれ
ば、重み付き線積分を計算する際に、線３２のΔＬ１’
部分からの投影データは使用せず、線３０のΔＬ２’部
分からの投影データは使用することにより、線分Ｌ１と
Ｌ２の上部端が線分Ｌの上部端と直交方向において等し
くなるようにされる。同様に、線３０のΔＬ２部分から
の投影データは使用せず、線３２のΔＬ１’部分からの
投影データを使用することにより、線分Ｌ１とＬ２の下
部端が線分Ｌの下部端と直交方向において等しくなるよ
うにされる。これらの操作の後、２つの線分Ｌ１とＬ２
は上述の条件（２）（即ち両方の長さが等しく、両方と
もＬから直交方向に平行移動される）を満足し、従っ
て、Ｍ行のみ有した検出器による投影データのラドンデ
ータへの変換の場合に生じていた境界誤差が避けられ
る。
ば、重み付き線積分を計算する際に、線３２のΔＬ１’
部分からの投影データは使用せず、線３０のΔＬ２’部
分からの投影データは使用することにより、線分Ｌ１と
Ｌ２の上部端が線分Ｌの上部端と直交方向において等し
くなるようにされる。同様に、線３０のΔＬ２部分から
の投影データは使用せず、線３２のΔＬ１’部分からの
投影データを使用することにより、線分Ｌ１とＬ２の下
部端が線分Ｌの下部端と直交方向において等しくなるよ
うにされる。これらの操作の後、２つの線分Ｌ１とＬ２
は上述の条件（２）（即ち両方の長さが等しく、両方と
もＬから直交方向に平行移動される）を満足し、従っ
て、Ｍ行のみ有した検出器による投影データのラドンデ
ータへの変換の場合に生じていた境界誤差が避けられ
る。
【００２６】また別の費用効果の高い好適な実施例にお
いて、線分Ｌ１、Ｌ及びＬ２間の平行移動距離を適当に
選択すれば、検出器１２の上部と下部それぞれのエッジ
に検出器を１行だけ付加することもできる。図６（図５
におけるΔＬ２’を中心とした部分の拡大図）に示すよ
うに、ｗを線分Ｌ１とＬ及びＬ２とＬ間の間隔とし、ｈ
を検出器１２の上部及び下部それぞれのエッジから突出
しているΔＬ１’とΔＬ２’の高さとすれば、 ｈ＝ｗ ｃｏｓθ であり、この式においてθは線分Ｌ１、Ｌ及びＬ２が検
出器１２内の検出器素子行と成す角度である。ｃｏｓθ
の最大変化は１であるから、ｈ≦ｗとなる。よって、ｗ
を検出器素子の行間の間隔より小さく選択すると、ｈ≦
１の検出器行間隔となる。これは、２つの付加された端
部ΔＬ１’とΔＬ２’が、検出器１２の元の上部エッジ
３６と下部エッジ３４にそれぞれ隣接して付加された１
行の検出器３８と４０により境界付けられた領域内に含
まれていることを示している。
いて、線分Ｌ１、Ｌ及びＬ２間の平行移動距離を適当に
選択すれば、検出器１２の上部と下部それぞれのエッジ
に検出器を１行だけ付加することもできる。図６（図５
におけるΔＬ２’を中心とした部分の拡大図）に示すよ
うに、ｗを線分Ｌ１とＬ及びＬ２とＬ間の間隔とし、ｈ
を検出器１２の上部及び下部それぞれのエッジから突出
しているΔＬ１’とΔＬ２’の高さとすれば、 ｈ＝ｗ ｃｏｓθ であり、この式においてθは線分Ｌ１、Ｌ及びＬ２が検
出器１２内の検出器素子行と成す角度である。ｃｏｓθ
の最大変化は１であるから、ｈ≦ｗとなる。よって、ｗ
を検出器素子の行間の間隔より小さく選択すると、ｈ≦
１の検出器行間隔となる。これは、２つの付加された端
部ΔＬ１’とΔＬ２’が、検出器１２の元の上部エッジ
３６と下部エッジ３４にそれぞれ隣接して付加された１
行の検出器３８と４０により境界付けられた領域内に含
まれていることを示している。
【００２７】このように、本発明によれば円錐形ＣＴ撮
像装置において比較的小さい面検出器を使用しても、画
像再構成の際にアーチファクトの原因となる検出器境界
誤差を生じることのない新規な方法及び装置が得られ
る。
像装置において比較的小さい面検出器を使用しても、画
像再構成の際にアーチファクトの原因となる検出器境界
誤差を生じることのない新規な方法及び装置が得られ
る。
【００２８】Ｍ検出器行は螺旋経路の２段以上、例えば
３段の長さにわたっても良いが、２段にわたって配設す
るのが最も費用効果の高い実施例が得られる。また、図
示の実施例ではＭ検出器行は等間隔であるが、実施の態
様によっては検出素子の行間隔は均等でない方が良い場
合もある。また、Ｍ行間の間隔を均等にする一方、該Ｍ
行間に隣接するＮ行の素子は異なる間隔、即ちＭ行の間
隔よりも大きいか小さい間隔を使用することもできる。
３段の長さにわたっても良いが、２段にわたって配設す
るのが最も費用効果の高い実施例が得られる。また、図
示の実施例ではＭ検出器行は等間隔であるが、実施の態
様によっては検出素子の行間隔は均等でない方が良い場
合もある。また、Ｍ行間の間隔を均等にする一方、該Ｍ
行間に隣接するＮ行の素子は異なる間隔、即ちＭ行の間
隔よりも大きいか小さい間隔を使用することもできる。
【図１】Ｘ線源と検出器を使用した物体の撮像を示すと
共に、本発明による像再構成のブロック図を示す図であ
る。
共に、本発明による像再構成のブロック図を示す図であ
る。
【図２】Ｘ線投影データから半径方向導関数ラドンデー
タを計算する手順を示す図である。
タを計算する手順を示す図である。
【図３】図２の手順の一部を示す図である。
【図４】積分平面とＸ線検出器の交差により検出器上に
線分が形成されている図であり、該線分は図２の手順に
従ってＸ線投影データからラドン導関数データを計算す
るために使用される。
線分が形成されている図であり、該線分は図２の手順に
従ってＸ線投影データからラドン導関数データを計算す
るために使用される。
【図５】本発明の原理による検出器上の線分の操作を示
す図であり、該操作によりＸ線投影データから導関数ラ
ドンデータが計算される。
す図であり、該操作によりＸ線投影データから導関数ラ
ドンデータが計算される。
【図６】本発明の１つの実施例において、検出器の上部
及び下部エッジに検出素子を１行だけ付加することによ
り誤差が除去できる理由を説明する図である。
及び下部エッジに検出素子を１行だけ付加することによ
り誤差が除去できる理由を説明する図である。
１０ 円錐形ビームエネルギー光源 １２ 検出器 １４ スキャン軌道 １６ 物体 １８ プロセッサ ３４ 下部エッジ ３６ 上部エッジ ３８、４０ 付加検出器行
Claims (29)
- 【請求項１】 物体を所定の軸を中心とした半径方向の
視野内において撮像する３次元（３Ｄ）コンピュータ断
層撮影（ＣＴ）用スキャニング及びデータ収集方法であ
り、前記方法は以下のステップ：円錐形ビーム光源から
円錐形ビームエネルギーを物体の少なくとも一部に照射
し、 光源の辿る進路として光源スキャニング軌道を規定し、 円錐形ビーム光源を面検出器に相対的に固定し、かつ円
錐形ビーム光源と面検出器を共に物体に対して移動可能
に配設した状態で物体周囲をスキャンし、 視野を囲む所定の幾何学表面上における複数の間隔を有
した段を規定する螺旋路として光源スキャニング軌道を
特定し、 光源スキャニング軌道に沿って複数の位置においてスキ
ャニングすることにより前記面検出器の検出素子から物
体の個々の部分に対応する円錐形ビーム投影データを収
集し、 隣接する検出器線分Ｌ１、Ｌ２における円錐形ビーム投
影データからの線積分値を処理することによりラドン導
関数データを計算し、該ラドン導関数データを使用して
物体の像を再構成するステップを有する、３次元（３
Ｄ）コンピュータ断層撮影（ＣＴ）用スキャニング及び
データ収集方法において、 視野を通過する個々の平面は少なくとも１点においてス
キャニング軌道と交差し、かつ面検出器の上部及び下部
エッジに向けて延在する線分Ｌに沿って面検出器と交差
し、 面検出器は複数の検出素子を有し、該複数の検出素子は
行列のアレーに配置され、かつ所定の数Ｍ行の検出素子
が上部及び下部エッジ間において前記所定の軸に概して
平行方向にかつ、螺旋路において最大の間隔を有する少
なくとも２つの連続する段間の長さにわたり延在し、 さらに検出器の上部及び下部エッジにはそれぞれ隣接し
て検出素子がＮ行付加されており、Ｎは１でも良く、 前記線分Ｌ１、Ｌ２は線分Ｌに平行であり、線分Ｌから
直交方向における平行移動により作成され、該平行移動
の量は面検出器内に含まれた検出素子の付加Ｎ行間の間
隔未満又はそれに等しく、Ｎは１でも良い構成を有した
方法。 - 【請求項２】 Ｎ＝１である、請求項１記載の方法。
- 【請求項３】 前記再構成ステップにおいて前記ラドン
導関数データの逆ラドン変換が行われる、請求項１記載
の方法。 - 【請求項４】 前記計算ステップを繰り返すことにより
視野内の物体のラドン空間における全ての点に対するラ
ドン導関数データが作成される、請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 視野を通過しかつ少なくとも１点におい
てスキャニング軌道と交差する複数の回転平面のそれぞ
れが前記検出器と交差する結果生じる、複数の密な間隔
を有する線分Ｌに対して、前記計算ステップが繰り返さ
れる、請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記スキャニングステップにおける光源
スキャニング軌道に沿った前記複数の位置のそれぞれに
おいて前記計算ステップが繰り返される、請求項１記載
の方法。 - 【請求項７】 前記スキャニングステップにおける光源
スキャニング軌道に沿った前記複数の位置のそれぞれに
おいて前記計算ステップが繰り返される、請求項４記載
の方法。 - 【請求項８】 前記スキャニングステップにおける光源
スキャニング軌道に沿った前記複数の位置のそれぞれに
おいて前記計算ステップが繰り返される、請求項５記載
の方法。 - 【請求項９】 前記光源がＸ線エネルギー源である、請
求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 視野を囲む前記幾何学表面が円筒形で
ある、請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】 前記円錐形ビーム光源を使用して物体
の周囲をスキャンするステップにおいて、光源がスキャ
ニング軌道に沿って段階的にスキャンを行うよう移動さ
れる、請求項１記載の方法。 - 【請求項１２】 前記円錐形ビーム光源を使用して物体
の周囲をスキャンするステップにおいて、光源がスキャ
ニング軌道に沿って連続的にスキャンを行うよう移動さ
れる、請求項１記載の方法。 - 【請求項１３】 前記円錐形ビーム光源を使用するステ
ップにおいて、光源と検出器を静止位置に維持したまま
で、物体を平行移動及び回転させることにより、物体に
対する光源の相対移動が行われる、請求項１記載の方
法。 - 【請求項１４】 前記円錐形ビーム光源を使用するステ
ップにおいて、物体を静止位置に維持したままで、光源
と検出器を動かすことにより、物体に対する光源の相対
移動が行われる、請求項１記載の方法。 - 【請求項１５】 前記円錐形ビーム光源を使用するステ
ップにおいて、物体を平行移動させながら光源と検出器
を回転させることにより、物体に対する光源の相対的螺
旋移動が行われる、請求項１記載の方法。 - 【請求項１６】 物体を所定の軸を中心とした半径方向
の視野内において撮像するための３次元（３Ｄ）コンピ
ュータ断層撮影（ＣＴ）用スキャニング及びデータ収集
装置であり、 円錐形ビームエネルギーを物体の少なくとも一部に照射
するための円錐形ビーム光源と、 前記光源から円錐形ビームエネルギーを受け取るよう配
置された２次元面検出器と、 物体、又は光源と面検出器のどちらかに作用的に結合さ
れたスキャニング装置と、 スキャニング装置に作用的に結合された軌道規定装置
と、 光源スキャニング軌道に沿った複数の位置に光源が位置
する際に円錐形ビーム投影データを収集するためのビー
ムエネルギー検出装置と、 隣接する検出器上の線分Ｌ１、Ｌ２内の円錐形ビーム投
影データからラドン導関数データを計算するプロセッサ
と、 前記ラドン導関数データを用いて物体の像を再構成する
手段とを備えたスキャニング及びデータ収集装置におい
て、 前記面検出器は複数の検出素子を有し、該複数の検出素
子は行列のアレーに配置され、かつ所定の数Ｍ行の検出
素子が上部及び下部エッジ間において前記所定の軸に概
して平行方向に延在し、さらにＮ行の検出素子が前記上
部及び下部エッジのそれぞれに隣接して付加されてお
り、この数Ｎは１でも良く、 前記スキャニング装置により光源と物体間に相対運動が
もたらされ、その結果光源が物体に相対的にスキャニン
グ軌道に沿って移動し、 前記軌道規定装置により前記スキャニング装置を介して
螺旋路が前記スキャニング軌道として規定され、該螺旋
路は視野を囲む所定の幾何学表面上において、複数の間
隔を有する段を規定し、視野を通過する複数の平面のそ
れぞれが少なくとも１点においてスキャニング軌道と交
差しかつ面検出器を線分Ｌに沿って交差し、 前記線分Ｌは面検出器の上部と下部エッジに向かって延
在しており、 面検出器の前記所定の数Ｍの検出器素子行は、螺旋路に
おいて最大間隔を有する少なくとも２つの連続する段間
の長さにわたっており、 前記ビームエネルギー検出装置により収集される円錐形
ビーム投影データは物体の個々の部分に対応しており、 前記線分Ｌ１、Ｌ２は線分Ｌに平行で線分Ｌから直交方
向への平行移動により作成され、該平行移動量は、面検
出器の上部及び下部エッジに含まれる前記検出素子の付
加Ｎ行間の間隔未満またはそれに等しく、Ｎは１に等し
くても良いように構成された、３次元（３Ｄ）コンピュ
ータ断層撮影（ＣＴ）用スキャニング及びデータ収集装
置。 - 【請求項１７】 前記Ｍ行の検出素子が、螺旋路により
規定される段のうち２段以上４段未満の距離にわたって
配設されている、請求項１６記載の装置。 - 【請求項１８】 Ｎ＝１である、請求項１６記載の装
置。 - 【請求項１９】 前記像再構成手段がディスプレイを含
み、該ディスプレイにより前記ラドン導関数データに基
づく物体像が表示される、請求項１６記載の装置。 - 【請求項２０】 前記像再構成手段がプロセッサを含
み、該プロセッサにより前記ラドン導関数データの逆ラ
ドン変換が行われる、請求項１６記載の装置。 - 【請求項２１】 視野を通過しかつ少なくとも１点にお
いてスキャニング軌道と交差する複数の回転平面のそれ
ぞれと前記検出器とが交差する結果生じる、複数の密な
間隔を有する線分Ｌに対して、前記プロセッサが前記ラ
ドン導関数データの計算を繰り返す、請求項１６記載の
装置。 - 【請求項２２】 前記プロセッサがラドン導関数データ
の計算を繰り返すことにより、視野内の物体のラドン空
間における全ての点に対するラドン導関数データが作成
される、請求項１６記載の装置。 - 【請求項２３】 前記プロセッサがラドン導関数データ
の計算を繰り返すことにより、視野内の物体のラドン空
間における全ての点に対するラドン導関数データが作成
される、請求項２１記載の装置。 - 【請求項２４】 前記円錐形ビーム光源がＸ線エネルギ
ー源である、請求項１６記載の装置。 - 【請求項２５】 前記スキャニング装置により光源がス
キャニング軌道に沿って移動され連続的スキャンを行
う、請求項１６記載の装置。 - 【請求項２６】 前記スキャニング装置により光源がス
キャニング軌道に沿って移動され段階的スキャンを行
う、請求項１６記載の装置。 - 【請求項２７】 前記スキャニング装置は光源と検出器
を静止位置に維持したままで物体を平行移動及び回転さ
せることにより、物体に対する光源の相対移動を行う、
請求項１６記載の装置。 - 【請求項２８】 前記スキャニング装置が物体を静止位
置に維持したままで光源と検出器を動かすことにより、
物体に対する光源の相対移動を行う、請求項１６記載の
装置。 - 【請求項２９】 スキャニング装置が物体を平行移動さ
せながら光源と検出器を回転させることにより、物体に
対する光源の相対的螺旋運動を行う、請求項１６記載の
装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/771401 | 1996-12-20 | ||
| US08/771,401 US5748697A (en) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Method and apparatus for eliminating boundary errors in cone beam imaging |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10201751A true JPH10201751A (ja) | 1998-08-04 |
Family
ID=25091691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9349625A Pending JPH10201751A (ja) | 1996-12-20 | 1997-12-18 | 円錐形ビーム撮像における境界誤差を除去する方法と装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5748697A (ja) |
| EP (1) | EP0849711B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10201751A (ja) |
| DE (1) | DE69732560T2 (ja) |
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