JP2003502130A - Ｘ線被曝を制限した局所的ｃｔ画像再構成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イメージング・システムを利用して被検体の画像を再構成する方法及び装置を提供する。 【解決手段】 被検体（２２）内の関心領域（ＲＯＩ）（６８）の周囲（７０）を包含しているが被検体自体の周囲（６６）までは包含しないように選択されたファンビーム角度範囲を有する限定幅の放射線ビーム（６４）を被検体に向けて放出する。被検体を透過した放射線を検出することにより、ＲＯＩの投影データを含む被検体の切り詰めた投影データの組を取得する。切り詰めた投影データの組のうちの低周波数成分を推定し、切り詰めた投影データの組及び推定した低周波数成分を利用して被検体内のＲＯＩの画像を再構成する。切り詰めた投影データの組の低周波数成分を推定するために、完全な投影データの制限された組からの情報を用いることができる。ただしこうした情報は不可欠ではない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、全般的には、画像データを再構成するための方法及び装置に関し、
さらに詳細には、従来のＣＴイメージング・システムと比較してＸ線被曝を減少
させたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムにおける画像再構
成のための方法及び装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】

周知のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムの少なくとも１
つの構成では、Ｘ線源は、デカルト座標系のＸ−Ｙ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ファンビーム（扇形状ビーム
）を放出する。Ｘ線ビームは、例えば患者などの画像作成対象を透過する。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する。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
画像作成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
作成対象の周りをガントリと共に回転する。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、画像作成対象の「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。アキシャル・スキャンでは、この投影データを処理し
、画像作成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
応するピクセルの輝度を制御する。

【０００４】 ＣＴイメージング・システムにおけるＸ線に対する被曝は、患者に対して害を
及ぼすことがある。少なくとも長期的には、ＣＴイメージング・システムの近傍
で処置を実施している医師に対しても害を及ぼす可能性がある。現在のＣＴシス
テムでは、通常約５０ｃｍの撮影域及び７０ｃｍのガントリ開口で、患者の断層
面を提供している。心臓などの小さな臓器の撮影への応用では、関心領域が小さ
な臓器である患者の断面全体に及ぶようにしてＸ線量子により患者を照射するこ
とは妥当ではない。

【０００５】 被曝の全体的リスクを減らすためには幾つかの技法が提案されている。例えば
、一次線及び散乱線の両者が患者テーブルによって減衰される可能性がより高い
位置である下側軌道に位置しているときにのみ、Ｘ線源を線源オンにすることが
ある。バイオプシー用の針の初めの位置決め及び挿入をした後は、多くの場合、
医師の関心は目標とする特定の解剖部位にある。下側軌道でＸ線源をオンにする
ことにより患者及び医師の両者に対する放射線被曝を制限することができるが、
それでも患者のＸ線に対する被曝は望ましいレベルを超えており、医師に対する
被曝からの遮蔽も完全ではない。ファン角度カバー範囲を患者の当該関心領域（
ＲＯＩ）に制限したＸ線源を利用することにより、Ｘ線放射に対する被曝が減少
する可能性がある。したがって、この制限されたＸ線源により得られるデータは
ファン角度カバー範囲に関して制限を受けることになる。しかし、こうした制限
されたデータから、最先端のＣＴスキャナに特有な画質で再構成ができる方法や
装置はこれまで知られていない。こうした制限されたデータから直接再構成を行
おうとすると、ＲＯＩ全体にわたって極めて大きな物体依存の障害陰影が導入さ
れ、画像データを無意味にしてしまう。

【０００６】 したがって、ＣＴスキャナから取得した制限された投影データから画像再構成
を提供できる再構成方法及び装置が得られることが望ましい。詳細には、制限さ
れたファン角度範囲のビームから取得したデータから、またはより広くコリメー
トしたビームの照射を制限したデータから、関心領域の高画質な再構成が得られ
ることが望ましい。さらに、ＲＯＩがビーム内でＣＴスキャナのＸ線源の中心を
外れていることもあるため、患者をスキャナの寝台に対して移動させることなく
、そのＲＯＩをビームの中心に移動させるための方法及び装置を提供することが
望ましい。

【０００７】

【発明の概要】

したがって、本発明は、実施の一形態では、イメージング・システムを利用し
て被検体の画像を再構成する方法であって、被検体内の関心領域（ＲＯＩ）の周
囲は包含し被検体自体の周囲までは包含しないように選択されたファンビーム角
度範囲を有する限定幅の放射線ビームが被検体に向けて放出されており、被検体
を透過した限定幅の放射線ビームからの放射線を検出することにより、ＲＯＩの
投影データを含む被検体の「切り詰めた(truncated)」 投影データの組が取得さ
れており、切り詰めた投影データの組のうちの低周波数成分が推定されており、
かつ切り詰めた投影データの組及び推定した低周波数成分を利用して被検体内の
ＲＯＩの画像が再構成されている方法である。この実施形態では、ＲＯＩ全体に
わたる投影の高周波数成分は直接計測される。本明細書では、本発明に従った対
応する装置に関する実施の一形態についても開示する。

【０００８】 完全な投影データの制限された組からの情報を用いて、切り詰めた投影データ
の組の低周波数成分を推定することができる。しかし、低周波数成分は切り詰め
た投影データの組から直接推定することもできるので、ＲＯＩの画像を再構成す
るためには完全な投影からの追加の情報は不可欠ではない。高品質画像を再構成
するためには切り詰めた投影データの組の他に推定した低周波数成分があれば十
分であるので、幅広放射線ビームにより完全な投影データの完全な組を取得する
必要はない。これは、完全な投影データの部分的な組を利用して低周波数成分の
推定値を得ているか否かによらない。

【０００９】 上記の方法及び装置により、部分的な、すなわち切り詰めた投影データから高
品質の画像再構成が達成でき、これにより患者及び患者に随伴する医療スタッフ
に対するＸ線被曝が低減される。

【００１０】

【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、コンピュータ断層撮影（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２２（例えば、患者）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。検出器アレイ１８は、単一スラ
イス構成で製作される場合とマルチ・スライス構成で製作される場合がある。各
検出器素子２０は、入射したＸ線ビームの強度を表す電気信号、すなわち患者２
２を透過したＸ線ビームの減衰を表す電気信号を発生する。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。

【００１１】 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２
６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ＤＡＳ
３２から受け取り、高速で画像再構成を行う。再構成された画像はコンピュータ
３６に入力として渡され、コンピュータにより大容量記憶装置３８内に格納され
る。

【００１２】 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の各部分がガントリ開口４８を通過できる。

【００１３】 図３は、本発明の実施の一形態をＣＴイメージング・システム１０と一緒に使
用するように改良した低線量Ｘ線アセンブリ５０の図である。例えば、アルミニ
ウムなどの、Ｘ線に対して比較的透明な（Ｘ線を通過する）材料からなる回転す
る円筒、すなわちスリーブ５２により、Ｘ線源１４のＸ線ビーム・コリメータ５
４の外側部分を覆っている。Ｘ線源１４はスリーブ５２の内部にあり、このため
点線で表している。スリーブ５２は、その一部が、鉛などＸ線に対して比較的不
透明な（Ｘ線を通過させない）材料からなる部分リング５６により覆われている
、またはコーティングされている。実施の一形態では、部分リング５６によるコ
ーティングは、スリーブ５２の内面上の場合と外面上の場合がある。部分リング
５６同士の間の間隙５８により、限定幅のＸ線ビーム６０、すなわち、制限され
たファンビーム角度範囲を有するビームがスリーブ５２の外に出ることができる
。ガントリ１２が回転するのに伴い、スリーブ５２は回転軸Ｂの周りを矢印Ａで
示す方向に回転する。スリーブ５２が回転するのに伴い、部分リング５６にある
スリット６２はＸ線源１４の前方で回転する。その結果、Ｘ線ビーム６０は、ス
キャン時間のある部分では、被検体すなわち患者２２（図３では図示せず）の全
範囲をカバーするように拡幅される。この拡幅された、幅広ビームによりサイノ
グラムの幾つかの完全な投影が収集される。Ｘ線がファンビーム６０の「側面(s
ide)」領域に放出されるのは、全投影数の一部に対してだけであるため、Ｘ線量
が制限される。Ｘ線アセンブリ５０を使用して収集したデータの低周波及び高周
波数成分は直接計測される。別の実施形態では、部分リング５６はスリーブ５２
を覆うように入れ子式に摺動可能であり、これにより限定幅のＸ線ビーム６０の
幅の調整が可能となり、かつＸ線ビーム６０の方向の調整が可能となる。この方
式により、必ずしもアイソセンタ２４の位置である必要がないような選択した関
心領域に向けて、間隙５８から出てくる限定幅のＸ線ビーム６０を幅狭で導くこ
とができる。

【００１４】 実施の一形態では、スリット６２を回転させ、コリメータ５４から出てくる幅
広のＸ線ビームの経路内にスリットがきたときに取得した完全な投影データの部
分的な組から低周波数成分を推定している。高画質の再構成のためには、幾つか
の完全な投影で十分である。その理由は、この投影の低周波数成分は、投影角度
の変化に伴う変化が比較的緩慢であり、したがって、幾つかの完全な投影から（
補間などによって）推定できるからである。実施の一形態では、こうした補間を
実行するための格納プログラムを大容量記憶装置３８内に常駐させ、コンピュー
タ３６によりこの格納プログラムからの命令を実行するようにしている。投影の
一部分のみが完全であれば、満足のゆく結果が得られる。画像を再構成するため
に十分な投影数の１０％だけが完全な投影であれば、高品質の画像を得ることが
できる。取得した投影の１％のみが完全な投影であるとき、あるいは１回転あた
り取得される完全な投影が１〜４個のみである場合であっても、無補正の場合と
比較して十分に改善された結果が得られる。画像再構成のためには、必ずしも３
６０度の１全回転からの投影は必要でないことに留意されたい。画像データを再
構成するには、１８０度に、最幅広の投影の場合のファンビーム範囲の幅を加算
した角度の回転から投影を得るだけで十分である。

【００１５】 図４は、投影データを取得するために限定幅のＸ線ビーム６４、すなわち、狭
めた（すなわち、切り詰めた）ファンビーム角度範囲γ₂ を有するビームを使用
することによって患者２２に対するＸ線量の低減を達成させているＣＴイメージ
ング・システム１０の実施の一形態の概要図である。さらに、患者２２の近傍で
作業をする医師やその他のスタッフに対する放射線被曝も減少する。この実施形
態で取得した切り詰めた投影データを用いて関心領域の画像を再構成する。図４
では、被検体２２（例えば、患者）は外周６６を境界とする範囲を有している。
被検体２２の内部には、内周７０の内部に包含されている関心領域（ＲＯＩ）６
８がある。Ｘ線源１４からの放射線は被検体２２及びＲＯＩ６８の方向に導かれ
る。被検体２２の周囲を包含する第１のファンビーム角度範囲γ₁ を有する幅広
Ｘ線ビーム７２の放射により、ＲＯＩ６８を含む被検体２２の完全な投影データ
からなる第１の、部分的な組が得られる。ＲＯＩ６８の周囲７０を包含する限定
幅のＸ線ビーム６４の放射により、ＲＯＩ６８の切り詰めた投影データからなる
第２の組が得られる。Ｘ線ビーム７２及び６４は、図３の回転するスリーブ（す
なわち、円筒）５２など調節可能な患者前置コリメータを有する単一線源１４か
ら投射される。高周波数及び低周波数成分は、第１組の投影データに対しては直
接計測される。ＲＯＩ６８の全体にわたる高周波数成分は、第２組の投影データ
に対しても直接計測される。ＲＯＩ６８の全体にわたる低周波数成分は、第２組
の投影データに対しては、第１組の投影データに対して計測された低周波数成分
から推定する。限定幅のＸ線ビーム６４は、ＲＯＩ６８の周囲７０を包含するの
に十分な幅だけで十分であり、被検体２２の周囲を包含する程に幅広である必要
はない。これにより、通常であれば画像化のために必要であるような放射線と比
較してより少ない放射線を、被検体２２のより狭い範囲に照射するだけでよいこ
とになる。さらに、通常であれば医療スタッフが受ける可能性がある散乱放射線
及び直接放射線も減らすことができる。

【００１６】 別の実施形態では、部分的な投影データ、すなわち切り詰めた投影データの組
のＲＯＩ６８全体にわたる低周波数成分を直接推定する。この実施形態では幅広
Ｘ線ビーム７２は使用せず、このため患者２２に対するＸ線被曝がさらに減少す
る。補正データを提供するため、各投影毎に１つの一様な円形物体を規定する。
この一様な円形物体の減衰μとこの物体の半径Ｒという２つのパラメータを中心
位置（射線γ＝０）及びＲＯＩ６８の辺縁すなわち周囲７０の位置における投影
データから推定する。半径ＲはＲＯＩ６８の半径より大きくするという制約があ
る。当てはめは多くの方法（例えば最小自乗法など）により達成することができ
る。次いで、仮想的な一様物体の輪郭が有効データレンジ内で投影データから減
算される。有効レンジ外にあるデータは強制的にゼロにされるので、ＲＯＩ６８
の外部では真の物体位置が一様な投影と一致するという仮定を立てることができ
る。後方投影をした後に、再構成画像内の各ピクセルに下記の値

【００１７】

【数３】

【００１８】 （ここで、Ｎは投影の数、μ_i は投影ｉに関して規定された一様な円形物体の減
衰である）を加算することにより、この手順に対する補正を行う。

【００１９】 投影の低周波数成分に対する推定は、１つまたは複数の方法により精度を向上
させる。実施の一形態では、物体のＤＣ成分の推定値は投影指標ｉにわたる中心
射線値（すなわち、γ＝０の位置）の和から計算する。対応する極座標積分を受
け渡す際にヤコビアン・ファクタｒを用いていないので、この推定値は物体の真
のＤＣとは異なる。しかし、対応する不一致は一様な円形物体毎に計算可能であ
る。別の実施形態では、投影の失われた部分に対しては、約９０度の角度（すな
わち、図２に示すような垂直方向のＸ線ビーム１６ではなく水平方向）の投影か
ら収集した情報を用いてモデルの精度を向上させている。別の実施形態では、サ
イノグラム情報を処理して投影の推定値を改善すると共に、さらに再構成した中
間画像の再投影による反復方法を用いて投影データの局所的再構成を改善させて
いる。さらに、較正用ファントムを使用すること、並びにスキャン物体エラーを
有効投影からのデータの積分値の関数としてスケール調整することがアーチファ
クトの補正のために有用である。

【００２０】 さらに詳細には、各投影ｉについて推定しようとする２つのパラメータは

【００２１】

【外１】

【００２２】 である。ここで、ｉ_L 及びｉ_H をＲＯＩ内で有効な２つの最も端の射線(ray) に
対する指標とし、ｐ（ｉ_L ）及びｐ（ｉ_H ）をこれらの指標に対する投影値とす
る。

【００２３】 また、Jump＝（１／２）｛ｐ（ｉ_L ）＋ｐ（ｉ_H ）｝とし、ｐ（ｉ_C ）＝中心
位置の射線（すなわち、射線指標ｉ_Cの位置）に対する投影値、とする。

【００２４】 実際上、有効データが一様な円形物体の投影に対応する場合には、Ｒ（ＲＯＩ
）をＲＯＩ６８の半径として、次式となる。

【００２５】 Jump＝２μ_i｛Ｒ_i ² −Ｒ（ＲＯＩ）² ｝^1/2 、及び ｐ（ｉ_C）＝２μ_iＲ_i この点では、ＲＯＩ６８は円形であり、かつアイソセンタ２４に対して中心に
位置していると仮定している。しかしながら、当業者であれば、以下の結果を別
の場合向けに一般化することが可能である。上記のことから、次式が導かれる。

【００２６】

【数４】

【００２７】 及び

【００２８】

【数５】

【００２９】

【外２】

【００３０】 そこで、所与の半径から、減衰μ_i の最終の推定値は次式により決定される。

【００３１】

【数６】

【００３２】 上式において、ｔ_j ＝Ｓ sin（γ_j ）であり、γ_j は中心ビーム射線と指標がｊ
のビームの間の角度、Ｓはビーム発生源からアイソセンタ（すなわち、図１及び
２のガントリ１２の回転軸）までの距離である。上述の推定値は、切り詰め無し
の投影（すなわち、完全な投影）から取得した低周波数投影成分の推定値により
補完することができることに留意されたい。例えば、切り詰めた投影の当てはめ
(fitting) により取得したパラメータ

【００３３】

【外３】

【００３４】 は、切り詰め無しの投影から取得した低周波数成分の推定値に合わせてさらに当
てはめをすることにより得ることができる。

【００３５】 図５は、一様な円形物体の投影で当てはめした切り詰めた投影データの模式図
である。当てはめを受けるデータ７４のＲＯＩ６８に関する中心を軸Ｃで表す。
曲線７６は仮想の一様な円形物体からのデータを表している。実施の一形態では
、区間［−ＲＲ，＋ＲＲ］（関心領域の範囲を表す）に及ぶ有効データのレンジ
にわたる投影の積分値が同じレンジにわたる一様な円形物体に対する積分値と一
致するようにして、切り詰めた投影データを一様な円形物体の投影で当てはめし
ている。レンジ［−Ｒ，＋Ｒ］は一様な円形物体の範囲を表しており、このレン
ジは被検体２２の半径と同じであることも同じでないこともあるが、ＲＯＩ６８
の半径よりも大きくする必要がある。次いで、当てはめをした物体の投影を、有
効データレンジ［−ＲＲ，＋ＲＲ］にわたって制限された有効データから減算す
る。再構成されたデータ７４は以下の定数

【００３６】

【数７】

【００３７】 を各ピクセルに加算することにより得られる。

【００３８】 別の実施形態では、図３に示す改良型コリメータ５０に対する代替法の１つと
して、複数のファンビーム角度範囲を設けるためにＸ線源１４に複数のコリメー
タ設定を備えさせている。Ｘ線源１４はＸ線制御装置２８により制御されている
。この再構成法を実施するための命令を提供する格納プログラムが大容量記憶装
置３８の一部分に備えられており、この命令をコンピュータ３６により実行させ
ている。代替法の１つとして、異なるファンビーム角度範囲をもつ複数のＸ線源
１４を使用して異なるファンビーム角度範囲のＸ線ビームを提供することができ
ることを理解されたい。

【００３９】 上記で導出された各式では、被検体のＲＯＩがＸ線ビームの中心部分内にある
という明瞭な前提がなされていた。これらの式の一般化型は、ＲＯＩ６８がビー
ムの中央の領域内にない場合を扱うことにより導出することができる。しかし、
実施の一形態では、図６の模式図に示すように、ビーム７２をガントリ１２の回
転中心２４からずらすことによって、ＲＯＩ６８を中央の領域内に直接位置決め
している。ＲＯＩ６８が小さな臓器を意味する場合であっても、小さな臓器の画
像化により患者（この場合は、被検体２２で表す）の断面全体が照射を受けるこ
とになることは容易に理解できる。

【００４０】 図７は軸から外れたＲＯＩ６８の位置に投射される限定幅のＸ線ビーム６４の
模式図である。図８はＲＯＩ６８の位置に異なる線源角度から投射される限定幅
のＸ線ビーム６４を表している別の模式図である。これらの図からコリメートし
たビームにより患者に対するＸ線被曝が少なくなることは明らかであるが、異な
る投影位置で投影データを収集するためには検出器アレイ１８（図２参照）の異
なる部分を使用する必要がある。

【００４１】 したがって、実施の一形態では、スカウト撮影により位置決めを実施しており
、これによりより小さな検出器及びより簡単なコリメータ設計の使用が可能とな
り、さらに身体２２内の臓器を画像化する際のデータ収集要件が軽減される。図
１及び２においては患者２２を支持しており、また図９及び１０では被検体２２
を支持するための面７８として表しているテーブル４６は、ガントリ１２の回転
軸と１つの点で交差する面を規定している２つの異なる軸に沿って移動可能であ
るように製作する。さらに、テーブル４６はガントリ１２の回転軸に沿って移動
可能である。実施の一形態では、この２つの異なる軸はｙ軸及びｘ軸であり、ガ
ントリの回転軸はｚ軸である。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸はすべて、互いに直交してい
る。水平方向のｘ軸の位置決めにより、現在知られている垂直なｙ軸方向でのテ
ーブル位置決め運動やヘリカルスキャンで使用されるｚ軸方向の運動では可能で
ないような、追加の柔軟性を提供できる。追加の左右の水平方向位置決めにより
対象としている臓器６８をスキャン撮影域の中心２４の近傍に位置させることが
できる。限定幅のビーム６４を使用すると、臓器６８の外部の領域に対する照射
が最小になるため対象臓器６８に対するＸ線被曝が制限される。さらに、検出器
アレイ１８（図２参照）の中心部分のみを使用するため、大きな検出器アレイ１
８による場所及び／またはコスト、並びに複雑な収集ハードウェアを回避するこ
とができると共に、再構成方程式の一般化の際の複雑な計算を回避することがで
きる。こうした拡張位置決め機能を有するテーブル４６は、さらにフラットパネ
ル検出器式ＣＴシステムの実施形態でも使用することができる。

【００４２】 切り詰めた投影データによる画像再構成では、反復再構成により解剖学的情報
を関心領域内に保存することができることが知られている。初期条件の選択に注
意することにより関心領域内により正確なＣＴ値分布を保存することができる。
図１１〜１４に、様々な画像を比較例として表してある。

【００４３】 図１１、１２、１３及び１４は再構成した患者データの図である。図１１は、
ウィンドウ幅とレベルを（ｗ，ｌ）＝（２００，３０）として表した全撮影域の
再構成患者データの図である。図１１に対するデータを取得するためには、患者
２２はＸ線照射の全線量を受けている。患者２２内に関心領域６８を示している
。

【００４４】 図１２は、図１１に示す関心領域６８に対する直接不完全データ再構成を、（
ｗ，ｌ）＝（２００，３０）で表した図である。関心領域６８は周囲７０を境界
とする円形領域内に位置している。当てはめを実施していないため、予測したと
おり再構成画像は画質が悪い。

【００４５】 図１３は、本発明の実施の一形態による関心領域６８に対する局所的再構成を
、（ｗ，ｌ）＝（２００，３０）で表した図である。図１３に示す画像は、その
すべてが縮小させたファンビーム角度範囲をもつビーム並びに当てはめを受けた
データにより取得されている投影から得られたものである。この画質は図１２の
画質より一層優れていることが観察されるであろう。

【００４６】 図１４は、本発明の実施の一形態による関心領域６８に対する局所的再構成を
、（ｗ，ｌ）＝（２００，３０）で表した図である。「低線量」データを利用し
ている、すなわち、１つのファンビーム角度範囲から取得した、投影の一部分の
みが完全であるデータを利用している。図１４では、完全な投影のこの一部分は
１％である。投影データは不完全であるが、図１１の画像に匹敵する画質をもつ
画像が得られた。

【００４７】 上記の方法により、患者や随伴する医療スタッフのＸ線放射に対する被曝を減
少させながら、ＣＴ画像データの改良型の再構成を提供することができる。一様
物体当てはめモデルを狭いファンビーム角度範囲のデータに使用する場合に、制
限された投影データを用いた再構成画像内の障害陰影を大幅に低減することが可
能である。水平方向位置決め機能を有するテーブルにより、関心領域の狭幅ビー
ム内への配置が簡単になる。本明細書に記載した方法は比較的簡単であるが、こ
れらの方法により、投影のすべてが切り詰められたデータである場合を含め、制
限されたデータの再構成に関する品質を大幅に高めることができる。

【００４８】 本発明の様々な実施形態を詳細に記載し図示してきたが、これらは説明および
例示のためのものに過ぎず、本発明を限定する意図ではないことを明瞭に理解さ
れたい。さらに、本明細書に記載したＣＴシステムは、Ｘ線源と検出器の双方が
ガントリと共に回転する「第３世代」システムである。検出器素子が個々に補正
され所与のＸ線ビームに対して実質的に均一のレスポンスを提供できるならば、
検出器が全周の静止した検出器でありかつＸ線源のみがガントリと共に回転する
「第４世代」システムを含め、別の多くのＣＴシステムも使用可能である。さら
に、本明細書に記載したシステムはアキシャル・スキャンを実行するが、本発明
は、３６０度を超えるデータを必要とするもののヘリカルスキャンで使用するこ
ともできる。したがって、本発明の精神及び範囲は、特許請求の範囲の各項によ
って限定されるべきである。

【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図である。

【図３】 図１及び２のＣＴイメージング・システムと共に本発明を実施する際に有用な
修正した低線量Ｘ線源の概略斜視図である。

【図４】 限定幅の放射線ビーム内、すなわち、縮小させたファンビーム角度範囲を有す
るビーム内で制限されたデータ収集を提供するＣＴイメージング・システムの模
式図である。

【図５】 一様な円形物体の投影により当てはめを受けた切り詰めた投影データの模式図
である。

【図６】 従来のＣＴスキャンの撮影域の模式図である。

【図７】 軸から外れた関心領域の位置に投射された限定幅のＸ線ビームの模式図である
。

【図８】 軸から外れた関心領域位置に異なる投影角度から投射された図７の限定幅のＸ
線ビームの別の模式図である。

【図９】 水平方向に再位置決め可能な患者テーブルによりビーム中心に移動させたＲＯ
Ｉの位置にコリメートさせた狭幅Ｘ線ビームを投射するＣＴスキャナの模式図で
ある。

【図１０】 ＲＯＩの位置に異なる投影角度から限定幅のＸ線ビームを投射する、図９のＣ
Ｔスキャナの別の模式図である。

【図１１】 関心領域を含む患者データに対する全撮影域の再構成を（ｗ，ｌ）＝（２００
，３０）で表した略図である。

【図１２】 図１１の関心領域に対する直接不完全データ再構成を（ｗ，ｌ）＝（２００，
３０）で表した略図である。

【図１３】 図１１の関心領域に対する本発明の実施の一形態による局所的再構成を（ｗ，
ｌ）＝（２００，３０）で表した略図である。

【図１４】 図１１の関心領域に対する、１％の完全な投影を用いた本発明の実施の一形態
による「低線量」局所的再構成を（ｗ，ｌ）＝（２００，３０）で表した略図で
ある。

【符号の説明】

１０ コンピュータ断層撮影（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 ２４ 回転中心 ２６ 制御機構 ４８ ガントリ開口 ５０ 低線量Ｘ線アセンブリ ５２ スリーブ ５４ Ｘ線ビーム・コリメータ ５６ 部分リング ６０ 限定幅Ｘ線ビーム ６２ スリット ６４ 限定幅のＸ線ビーム ６６ 外周 ６８ 関心領域 ７０ 関心領域の周囲 ７２ 幅広Ｘ線ビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パン，ティン−スー アメリカ合衆国、53005、ウィスコンシン 州、ブルックフィールド、フィールドサイ ド・コート、2710番 Ｆターム(参考） 4C093 AA22 BA03 CA34 FE14

Claims (38)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イメージング・システムを利用して被検体の画像を再構成す
   るための方法であって、 被検体内の関心領域（ＲＯＩ）の周囲は包含し被検体自体の周囲までは包含し
   ないように選択されたファンビーム角度範囲を有する限定幅の放射線ビームを、
   被検体に向けて放出するステップと、 被検体を透過した前記限定幅の放射線ビームからの放射線を検出することによ
   り、ＲＯＩの投影データを含む被検体の切り詰めた投影データの組を取得するス
   テップと、 前記切り詰めた投影データの組のうちの低周波数成分を推定するステップと、 前記切り詰めた投影データの組及び前記推定した低周波数成分を利用して被検
   体内のＲＯＩの画像を再構成するステップと、 を含む方法。
2. 【請求項２】 前記限定幅の放射線ビームが限定幅のＸ線ビームであり、限
   定幅の放射線ビームを被検体に向けて放出する前記ステップがＸ線ビームを被検
   体に向けて放出するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記方法は、さらに、限定幅のＸ線ビームと比べてより大き
   なファンビーム角度範囲を有する幅広Ｘ線ビームを被検体に向けて放出するステ
   ップと、前記幅広Ｘ線ビームからの放射線を検出することにより被検体の少なく
   とも１つの完全な投影を取得するステップとを含み、切り詰めた投影データの組
   のうちの低周波数成分を推定する前記ステップが被検体の前記少なくとも１つの
   完全な投影を利用して切り詰めた投影データの組のうちの低周波数成分を推定す
   るステップを含む請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記イメージング・システムがスキャン式のイメージング・
   システムであり、かつ前記限定幅のＸ線ビーム及び前記幅広Ｘ線ビームは前記ス
   キャン式イメージング・システムの回転するガントリ上に取り付けられたＸ線源
   により放出され、且つ画像の再構成に十分である切り詰めた投影と完全な投影の
   合計のうち、完全な投影が１０％以下である請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 画像の再構成に十分である切り詰めた投影と完全な投影の合
   計のうち、完全な投影が１％以下である請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 完全な投影が４投影以下である請求項４に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記イメージング・システムがスキャン式のイメージング・
   システムであり、前記幅広Ｘ線ビーム及び前記限定幅のＸ線ビームは前記スキャ
   ン式イメージング・システムの回転するガントリ上に取り付けられたＸ線源によ
   り放出されており、さらに、幅広Ｘ線ビーム及び限定幅のＸ線ビームを選択的に
   発生するためにマスクキング用スリーブをＸ線源の周りに回転するステップを含
   む請求項３に記載の方法。
8. 【請求項８】 さらに、前記マスクキング用スリーブを調整して、ＲＯＩの
   周囲を包含するように限定幅のＸ線ビームの放出方向を選択するステップを含む
   請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記回転するガントリが回転軸を有しており、前記方法がさ
   らに、ガントリの回転軸と１つの点で交差する面を規定している少なくとも２つ
   の異なる軸に沿って再位置決め可能なテーブル上に被検体を支持するステップと
   、前記ＲＯＩが前記限定幅のＸ線ビーム内に位置するように前記テーブルを移動
   するステップとを含む請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記回転するガントリが回転軸を有しており、前記方法が
    さらに、テーブル上に被検体を支持するステップと、前記ＲＯＩの周囲が前記限
    定幅のＸ線ビーム内に位置するように、前記ガントリの回転軸と直交する水平方
    向に前記テーブルを移動するステップとを含む請求項８に記載の方法。
11. 【請求項１１】 低周波数成分を推定する前記ステップがＤＣ成分を推定す
    ることを含む請求項３に記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記イメージング・システムがスキャン式のイメージング
    ・システムであり、前記限定幅のＸ線ビームは前記スキャン式イメージング・シ
    ステムの回転するガントリ上に取り付けられたＸ線源により放出されており、前
    記回転するガントリは回転軸を有しており、前記方法がさらに、ガントリの回転
    軸と１つの点で交差する面を規定している少なくとも２つの異なる軸に沿って再
    位置決め可能なテーブル上に被検体を支持するステップと、前記ＲＯＩが前記限
    定幅のＸ線ビーム内に位置するように前記テーブルを移動するステップとを含む
    請求項２に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記イメージング・システムがスキャン式のイメージング
    ・システムであり、前記限定幅のＸ線ビームは前記スキャン式イメージング・シ
    ステムの回転するガントリ上に取り付けられたＸ線源により放出されており、前
    記回転するガントリは回転軸を有しており、前記方法がさらに、テーブル上に被
    検体を支持するステップと、前記ＲＯＩが前記限定幅のＸ線ビーム内に位置する
    ように、前記ガントリの回転軸と直交する水平方向に前記テーブルを移動するス
    テップとを含む請求項２に記載の方法。
14. 【請求項１４】 切り詰めた投影データの組のうちの低周波数成分を推定す
    る前記ステップが、前記切り詰めた投影データの組の各投影毎に規定した一様な
    円形物体に対して、ＲＯＩの半径を超える一様な円形物体の半径Ｒと、各切り詰
    めた投影ｉに対する一様な円形物体の減衰μ_i の値を当てはめるステップを含む
    請求項１に記載の方法。
15. 【請求項１５】 ＲＯＩの画像を再構成する前記ステップが、ピクセル・デ
    ータを作成するために、前記切り詰めた投影データの組から当てはめした一様な
    円形物体の輪郭を減算するステップと、ＲＯＩの画像のピクセルを作成するため
    に前記作成されたピクセル・データに対して次の値 【数１】 を加算するステップとを含み、ここで、Ｎは切り詰めた投影の数である請求項１
    ４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記ＲＯＩが中心及び周囲を有しており、Ｒ及びμ_i の値
    を当てはめる前記ステップが、ＲＯＩの中心位置及びＲＯＩの周囲位置で取得し
    た投影データからＲ及びμ_i を推定するステップを含む請求項１５に記載の方法
    。
17. 【請求項１７】 前記限定幅の放射線ビームが限定幅のＸ線ビームであり、
    切り詰めた投影データの組を取得する前記ステップが限定幅のＸ線ビームを取得
    するためにＸ線源をマスキングするステップを含む請求項１６に記載の方法。
18. 【請求項１８】 前記限定幅のＸ線ビームが中心部分を有し、前記切り詰め
    た投影データの組は制限されたファンビーム角度範囲のＸ線ビームの前記中心部
    分からの投影成分を含んでおり、前記切り詰めた投影データの組のうちの低周波
    数成分を推定する前記ステップが、切り詰めた投影の組のうちの複数の切り詰め
    た投影にわたる前記限定幅のＸ線ビームの前記中心部分からの投影成分の和を解
    析するステップを含む請求項１７に記載の方法。
19. 【請求項１９】 限定幅の放射線ビームが限定幅のＸ線ビームであり、限定
    幅の放射線ビームを被検体に向けて放出する前記ステップがＸ線ビームを被検体
    に向けて放出するステップを含んでおり、 前記方法がさらに、限定幅のＸ線ビームと比べてより大きなファンビーム角度
    範囲を有する幅広Ｘ線ビームを被検体に向けて放出するステップと、前記幅広Ｘ
    線ビームからの放射線を検出することにより被検体の少なくとも１つの完全な投
    影を取得するステップと、を含んでおり、 切り詰めた投影データの組のうちの低周波数成分を推定する前記ステップは低
    周波数成分を推定するために被検体の前記少なくとも１つの完全な投影を利用し
    ている請求項１４に記載の方法。
20. 【請求項２０】 被検体の画像を再構成するためのイメージング・システム
    であって、 被検体内の関心領域（ＲＯＩ）の周囲を包含しているが被検体自体の周囲まで
    は包含しないように選択されたファンビーム角度範囲を有する限定幅の放射線ビ
    ームを、被検体に向けて放出すること、 被検体を透過した前記限定幅の放射線ビームからの放射線を検出することによ
    り、ＲＯＩの投影データを含む被検体の切り詰めた投影データの組を取得するこ
    と、 前記切り詰めた投影データの組のうちの低周波数成分を推定すること、 前記切り詰めた投影データの組及び前記推定した低周波数成分を利用して被検
    体内のＲＯＩの画像を再構成すること、 を行うように構成されているイメージング・システム。
21. 【請求項２１】 前記限定幅の放射線ビームが限定幅のＸ線ビームであり、
    かつ被検体に向けて放出される前記限定幅の放射線ビームが前記限定幅のＸ線ビ
    ームである請求項２０に記載のシステム。
22. 【請求項２２】 さらに、前記限定幅のＸ線ビームと比べてより大きなファ
    ンビーム角度範囲を有する幅広Ｘ線ビームを被検体に向けて放出し、かつ前記幅
    広Ｘ線ビームからの放射線を検出することにより被検体の少なくとも１つの完全
    な投影を取得するように構成されると共に、被検体の前記少なくとも１つの完全
    な投影を利用して切り詰めた投影データの前記組のうちの低周波数成分を推定す
    るように構成されている請求項２１に記載のシステム。
23. 【請求項２３】 回転するガントリと、前記回転するガントリ上に取り付け
    られたＸ線源とをさらに備え、 前記切り詰めた投影データ及び前記少なくとも１つの完全な投影を取得するた
    めに前記限定幅のＸ線ビーム及び前記幅広Ｘ線ビームを選択的に放出する前記Ｘ
    線源を用いて被検体をスキャンするように構成されており、かつ画像の再構成に
    十分である前記切り詰めた投影と前記完全な投影の合計のうち、完全な投影が１
    ０％以下であるように構成されている請求項２２に記載のシステム。
24. 【請求項２４】 画像の再構成に十分である前記切り詰めた投影と前記完全
    な投影の合計のうち、完全な投影が１％以下である請求項２３に記載のシステム
    。
25. 【請求項２５】 ４つ以下の完全な投影を利用して被検体の画像を再構成す
    るように構成されている請求項２３に記載のシステム。
26. 【請求項２６】 回転するガントリと、 前記回転するガントリ上に取り付けられたＸ線源であって、前記システムは前
    記切り詰めた投影データ及び前記少なくとも１つの完全な投影を取得するために
    該Ｘ線源を用いて被検体をスキャンするように構成されている、Ｘ線源と、 前記Ｘ線源を覆っているマスクキング用スリーブであって、前記Ｘ線源を選択
    的にマスキングし前記Ｘ線源が前記限定幅のＸ線ビーム及び前記幅広Ｘ線ビーム
    を選択的に放出するようにしているマスクキング用スリーブと、 をさらに備える請求項２２に記載のシステム。
27. 【請求項２７】 限定幅のＸ線ビームの放出方向を選択するために、前記マ
    スクキング用スリーブが調整可能である請求項２６に記載のシステム。
28. 【請求項２８】 前記回転するガントリが回転軸を有しており、前記システ
    ムがさらに被検体を支持するように構成されたテーブルを備え、前記テーブルは
    、前記ＲＯＩを前記限定幅のＸ線ビーム内に位置させるために、ガントリの回転
    軸と１つの点で交差する面を規定している少なくとも２つの異なる軸に沿って再
    位置決め可能である請求項２７に記載のシステム。
29. 【請求項２９】 前記回転するガントリが回転軸を有しており、前記システ
    ムがさらに被検体を支持するように構成されたテーブルを備え、前記テーブルは
    、前記ＲＯＩの周囲を前記限定幅のＸ線ビーム内に位置させるために、ガントリ
    の前記回転軸と直交する水平方向に再位置決め可能である請求項２７に記載のシ
    ステム。
30. 【請求項３０】 さらに、切り詰めた投影データの前記組のＤＣ成分を推定
    するように構成されている請求項２２に記載のシステム。
31. 【請求項３１】 回転軸を有する回転するガントリと、 前記回転するガントリ上に取り付けられたＸ線源であって、前記システムは前
    記切り詰めた投影データを取得するために該Ｘ線源を用いて被検体をスキャンす
    るように構成されている、Ｘ線源と、 被検体を支持するように構成されたテーブルであって、前記ＲＯＩを前記限定
    幅のＸ線ビーム内に位置させるために、ガントリの回転軸と１つの点で交差する
    面を規定している少なくとも２つの異なる軸に沿って再位置決め可能であるテー
    ブルと、 をさらに備える請求項２１に記載のシステム。
32. 【請求項３２】 回転軸を有する回転するガントリと、 前記回転するガントリ上に取り付けられたＸ線源であって、前記システムは前
    記切り詰めた投影データを取得するために該Ｘ線源を用いて被検体をスキャンす
    るように構成されている、Ｘ線源と、 被検体を支持するように構成されたテーブルであって、前記ＲＯＩを前記限定
    幅のＸ線ビーム内に位置させるために、ガントリの前記回転軸と直交する水平方
    向に再位置決め可能であるテーブルと、 をさらに備える請求項２１に記載のシステム。
33. 【請求項３３】 前記切り詰めた投影データの組のうちの前記低周波数成分
    を推定するために、前記切り詰めた投影データの組の各投影毎に規定した一様な
    円形物体に対して、ＲＯＩの半径を超える一様な円形物体の半径Ｒと、各切り詰
    めた投影ｉに対する一様な円形物体の減衰μ_i の値を当てはめるように構成され
    ている請求項２０に記載のシステム。
34. 【請求項３４】 前記切り詰めた投影データの組から当てはめした一様な円
    形物体の輪郭を減算してピクセル・データを作成し、前記作成されたピクセル・
    データに下記の値 【数２】 を加算して、ＲＯＩの画像を再構成するためのＲＯＩの画像のピクセルを作成す
    るように構成されている請求項３３に記載のシステム。
35. 【請求項３５】 前記ＲＯＩが中心及び周囲を有し、前記システムは、ＲＯ
    Ｉの中心位置及びＲＯＩの周囲位置で取得した投影データからＲ及びμ_i を推定
    して、Ｒ及びμ_i の値を当てはめするように構成されている請求項３４に記載の
    システム。
36. 【請求項３６】 前記限定幅の放射線ビームが限定幅のＸ線ビームであり、
    前記システムは、切り詰めた投影データの組を取得するためにＸ線源をマスキン
    グして前記限定幅のＸ線ビームを得るように構成されている請求項３５に記載の
    システム。
37. 【請求項３７】 前記限定幅のＸ線ビームが中心部分を有し、前記切り詰め
    た投影データの組は制限されたファンビーム角度範囲の前記Ｘ線ビームの中心部
    分からの投影成分を含んでおり、前記システムは、前記切り詰めた投影データの
    組のうちの低周波数成分を推定するために、切り詰めた投影の組のうちの複数の
    切り詰めた投影にわたる前記限定幅のＸ線ビームの中心部分からの前記投影成分
    の和を解析するように構成されている請求項３６に記載のシステム。
38. 【請求項３８】 限定幅の放射線ビームが限定幅のＸ線ビームであり、かつ
    被検体に向けて放出される前記限定幅の放射線ビームが前記限定幅のＸ線ビーム
    であり、 前記システムがさらに、前記限定幅のＸ線ビームと比べてより大きなファンビ
    ーム角度範囲を有する幅広Ｘ線ビームを被検体に向けて放出すること、前記幅広
    Ｘ線ビームからの放射線を検出することにより被検体の少なくとも１つの完全な
    投影を取得すること、並びに被検体に対する前記少なくとも１つの完全な投影を
    利用して前記低周波数成分を推定することを行うように構成されている請求項３
    ３に記載のシステム。