JP4436601B2

JP4436601B2 - ゲート式ｃｔ画像中の時相整合不良によるアーティファクトを最小にするための方法及び装置

Info

Publication number: JP4436601B2
Application number: JP2002324591A
Authority: JP
Inventors: ダーリン・ロバート・オーケルルンド; サンカル・ブイ・シュリニヴァス; ジェローム・フランソワ・ノプリオキ
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2022-11-08
Also published as: US6526117B1; DE60208311D1; DE60208311T2; JP2003164447A; EP1310913B1; EP1310913A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の分野はゲート式コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング法であり、より具体的に述べると、ワーキングＣＴ画像集合内の並列の２次元画像間の整列不良の程度を低減する方法及び装置である。
【０００２】
【発明の背景】
異なる目的に使用される多数の異なる種類の医用イメージング・システムが開発されている。恐らくイメージング・システムの範疇で最も普通の種類には撮像対象の患者の一部分を横切って検出器パネルへ向かうように放射線を差し向けるＸ線システムが含まれる。代表的なＸ線検出器パネルは、アモルファス・シリコン・アレイと結合されたＣｓＩシンチレータを含んでいる。放射線が撮像対象の患者の領域（すなわち、関心領域）へ差し向けられると、関心領域は幾分かの放射線を阻止し、また幾分かの放射線は該領域を通過して前記パネルによって収集される。所与の放射線の軌跡に沿って関心領域を通過する放射線の量は、該軌跡に沿った組織の種類に依存する。従って、腫瘍は肉よりも多く放射線を阻止し、骨は腫瘍などよりも多く放射線を阻止する。従って、Ｘ線システムは患者の「投影」を収集するために使用することができる。
【０００３】
有用であるが、単純なＸ線システムには多くの制限がある。Ｘ線イメージング・システムに対する一つの重要な制限は、上記のようなシステムが一領域の側部投影を提供するに過ぎず、関心領域の「スライス」画像（すなわち、投影画像に直角な画像）のような他の有用な画像を作成することができないと云うことである。例えば、代表的な有用なスライス画像としては患者の心臓のスライス画像が挙げられる。
【０００４】
スライス画像を作成するのに有用な別の種類のイメージング・システムは一般にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムと称されている。代表的なＣＴシステムは、撮像領域の両側に対向して取り付けられた放射線源と放射線検出器とを含んでおり、撮像領域は並進（平行移動）軸又はＺ軸に沿って中心合わせされる。線源より発生された放射線はコリメートされてビームを形成し、該ビームは撮像領域を大体横切る軌跡に沿って差し向けられる複数の射線を含む。ライン検出器をＺ軸に直角に配置して、データ取得期間中にスライス画像データを収集することができる。
【０００５】
取得期間中、関心領域を撮像領域内に位置決めし、放射線源をターンオンすると、関心領域は幾分かの放射線を阻止し、また幾分かの放射線は該領域を通過してライン検出器によって収集される。Ｘ線システムの場合のように、所与の射線の軌跡に沿って関心領域を通過する放射線の量は、該軌跡に沿った組織の種類に依存する。ＣＴシステムでは、線源及びライン検出器が関心領域を通る回転平面内で関心領域の周りを回転し、これにより該領域について多数の角度で放射線の「投影」を収集することができる。フィルタ処理及び逆投影手法を用いて関心領域を通るスライスに対応する投影を組み合わせることによって、スライスの２次元断層画像すなわち軸横断面画像（スライス画像）が作成される。
【０００６】
診断手法によっては一つ又は少数のスライス画像だけが必要であるが、多くの手法では多数の並列のＣＴスライス画像を必要とする。例えば、動脈閉塞部の始点と終点の場所を突き止めて、両者間の閉塞部の性質を確認するために、多数の並列の画像を検査することを必要とする手法がある。別の例として、２次元データを事実上３次元体積画像にフォーマットし直して、様々な画像平面を用いることができるように該３次元体積画像を幾つかの異なる方向にスライスし且つさいころ状に切ることができるようにする多数の手法がある。例えば、３次元の関心領域（例えば、患者の胴）の横断方向のスライス又は横断面スライスについて２次元データを取得した場合、このデータを関心領域のサジタル画像（すなわち、体軸を通る側平面の画像）又はコロナル画像（すなわち、体軸を通る前向き平面の画像）を作成するようにリフォーマット（断面変換）することができる。
【０００７】
幾つかの画像を高速に作成するために、ＣＴ検出器は典型的には、幾つかの並列の検出器列を持つように構成され、撮像領域の周りを一回転する間に、各検出器列はその後に個別のＣＴスライス画像を作成するために使用することのできるデータを収集する。
【０００８】
検出器列の数を増大するとデータ取得時間が減少するが、検出器素子は比較的高価であり、従って、検出器列の数をより多くするとシステム全体のコストがより増大する。コストと速度との間の釣り合いをとって、殆どの多列検出器は１０列未満の検出器列を含んでいる。以後、代表的な検出器が８列の検出器列を含んでいるもの仮定する。
【０００９】
検出器が８列を含んでおり且つ８枚よりも多数のスライス画像が要求された場合、典型的には、幾つかの異なる取得期間を使用して、必要なスライス画像データを取得する。例えば、ＲＯＩ（関心領域）を通る８０枚のスライス画像（少数ではあるが代表的な目的のためには充分であると認められる）が要求されていると仮定する。この場合、ＲＯＩは１０個の個別のサブボリュームに分割され、この１０個のサブボリュームの各々は８０枚の要求されたスライス画像のうちの個別の８枚のスライス画像に対応する。その後、１０の個別の取得期間を使用して、１０個のサブボリュームに対応するスライス画像データ集合を収集することができ、８枚の個別のスライス画像に対応するデータは１０の個別の取得期間の各々の期間中に収集される。
【００１０】
大きなボリューム又はＲＯＩの場合、多数の並列の薄いスライス画像を作成するのに必要なデータは、螺旋状にデータ収集を行うことにより最も高速に取得できることが判明している。このために、線源及び検出器を撮像領域の周りに回転させながら、患者架台を並進させて、扇形放射線ビームがＲＯＩを通る螺旋経路を掃引するようにする。螺旋データの収集後、このデータを幾つかの異なる重み付け及びフィルタ処理プロセスによってスライス画像データに変換し、その後でスライス画像データを逆投影して視覚可能な画像を形成する。
【００１１】
生のデータが螺旋状に取得されて記憶されている場合、このデータを使用することにより、対応するＲＯＩを通る任意の数のスライス画像を事実上構成することができる。例えば、螺旋データの収集に８列の素子を持つ検出器を使用するにも拘わらず、このデータを処理することにより１６、２０、５００又は数千のスライス画像さえも作成することができ、また希望によっては実際に補間を行うことにより３Ｄ体積画像を作成することもできる。
【００１２】
静止画像を作成する殆どのイメージング・システムでは、データ取得中に可能な限り、撮像している構造が完全に静止状態に留まっていることが重要である。取得中に僅かな構造の動きがあっても、これは得られる画像中に画像アーティファクトを生じさせて、画像の診断価値を実質的に低下させることがある。この理由のため、取得期間中、患者は典型的には息を止めること等によって出来る限り撮像領域内の関心領域を静止状態に保つように命令される。
【００１３】
患者が動きを制御しようとしても、或る特定の解剖学的構造は静止状態に保持することができず、取得期間中も動き続ける。例えば、患者の心臓はデータ取得サイクル中も連続的に拍動し、この拍動は診断用データを取得するプロセスを複雑にする。
【００１４】
心臓の場合、幸いなことに拍動サイクルが反復しており、各サイクル内で心筋が比較的休止している特定の時相がある。当該分野で周知のように、心臓が血液を充満している拍動サイクル中の拡張期時相中は心臓は比較的休止した状態にあり、動きは最小である。従って、データ取得期間を拡張期時相に限定することによって、比較的動きの影響の無いデータを取得して、ＣＴスライス画像を作成するために使用することができる。
【００１５】
このため、当業界では心臓用ゲート式ＣＴイメージング・システムが開発されている。これらのシステムは一般的に、シュート・ムーブ式ゲート(shoot and move gating) 走査及びレトロゲート(retro-gating)再構成を含む２つの異なる形態をとる。シュート・ムーブ式走査の場合、心電図（ＥＫＧ）システムを使用して心拍動の時相を監視し、心拍動サイクルの特定の時相（例えば、収縮期、拡張期など）中にのみデータを取得するようにデータ取得をゲート駆動する。その後、データは従来の態様でスライス画像を作成するために使用される。レトロゲート再構成の場合、完全な螺旋データ集合が対応するＥＫＧ信号と共に取得されて記憶される。その後、画像を作成すべき心拍動サイクル中の範囲を示す心拍動サイクル時相範囲が選択され、画像再構成装置により各心拍動サイクルから該時相範囲に対応する螺旋データ小集合を検索して、要求された画像を作成する。
【００１６】
動きに関連した画像アーティファクトを最小にするのに加えて、各々のゲート・プロセス（すなわち、予測型及び遡及型）はまた、関心領域の異なるサブボリュームに対応するデータを使用して作成される画像集合の相互間の整合不良を低減することを意味する。例えば、領域が１０個の個別のサブボリュームに分割されて、各サブボリュームについてのデータが個別の取得期間中に収集される上記の場合において、もし２つの相次ぐサブボリュームについてのデータが異なる心拍動時相中に収集されたとすると、得られる画像は整列しない恐れがある。従って、同様な心拍動時相中に全てのサブボリュームについてデータを収集することによって、整列不良が実質的に低減される。体軸横断方向に取得したデータ及び螺旋状にデータを取得する場合には、これはデータを各心拍動サイクル内の特定した時相範囲に制限することを意味する。例えば、取得される期間は、ピーク・サイクル振幅で開始し且つピーク・サイクル振幅で終了する心拍動サイクル全体の７０％〜８０％になることがある。
【００１７】
本書では、用語「時相位置」を心拍動サイクル内の時相点を指すために用い、用語「時相範囲」を対応する時相位置を中心とした範囲を指すために用いる。
【００１８】
残念なことに、心臓ゲート動作の利用にも拘わらず、サブボリューム画像の整合不良又は整列不良が幾つかの理由で依然として生じ得ることが認められている。その第１の理由は、当業者に知られているように、ＥＫＧ信号が心臓の運動を測定するための間接的な方法を提供するに過ぎないことであり、従って、心拍動サイクル内の同じ時相位置を正確に特定するために使用することが出来ないことである。第２理由は、大体周期的はであるが、心筋が相次ぐ心拍動サイクルの間に全く同じ運動を行うことはなく、たとえ正確な時相位置を心拍動サイクル内で特定できたとしても、それらの位置が同様に位置した心臓に対応しないことがある得ると云うことである。第３の理由は、心拍数が高い場合（すなわち、子供の場合）、ゲート・システムの時間的分解能が、適切なゲート動作を行うためには不適切なことがあると云うことである。これらのゲート動作の問題は、所与の動脈のセグメントが相次ぐ心拍動サイクル内の幾分異なる時相位置で休止状態にあり得るときに環状動脈を含む画像を作成しようとしたときに更に拡大される。
【００１９】
ゲート動作に関連した時相整合不良は、サジタル又はコロナルの観点から多平面リフォーマット・レンダリングに対応する画像データ集合を見たとき、心室壁において極めて明白なことがある。同様に、整合不良は、湾曲リフォーマット・レンダリングにより画像集合を見たときの冠状動脈において明白である。
【特許文献１】
米国特許第４８６８７４７号
【００２０】
【発明の概要】
ゲート式ＣＴ手法を用いて逐次的な取得時相中に隣接するサブボリュームに対応する画像データを収集するとき、各取得時相が更により短い時相範囲に細分割されている場合、逐次的な取得時相内の異なる時相範囲に対応する画像集合が、逐次的な取得時相内の同じ時相範囲に対応する画像集合よりも一層よく整列することがしばしば認められる。例えば、隣接する第１及び第２のサブボリュームが８枚のスライス画像の第１及び第２の集合に対応し、且つ第１及び第２のサブボリュームに対応するデータが第１及び第２の心拍動サイクルの拡張期時相中にそれぞれ収集されるべきであると仮定する。この場合、第１及び第２の拡張期時相の各々は、それぞれ第１及び第２の拡張期時相の第１及び第２の半部を含む始め及び終わりの時相範囲に分割することができる。
【００２１】
また、第１の拡張期時相中に第１のサブボリュームについて（すなわち、第１のサブボリュームの８つのスライスについて）２つの画像データ集合を取得し、その内の第１の集合は始めの時相範囲中に取得し、第２の集合は終わりの時相範囲中に取得すると仮定する。同様に、第２の拡張期時相中に第２のサブボリュームについて（すなわち、第２のサブボリュームの７つのスライスについて）２つの画像データ集合を取得し、その内の第１の集合は始めの時相範囲中に取得し、第２の集合は終わりの時相範囲中に取得すると仮定する。始めの時相範囲のデータ集合は心拍動サイクルの同様な時相範囲に対応しているけれども、これらの始めの時相範囲のデータ集合を使用して作成された画像同士は、第１の拡張期時相からの始めの時相範囲のデータ集合と第２の拡張期時相からの終わりの時相範囲のデータ集合とを使用して作成された画像同士よりもしばしば整合不良が一層大きいという特徴があることが判明した。
【００２２】
従って、各々の拡張期時相に対応する単一のデータ集合を取得する代わりに、個別の拡張期時相中にＲＯＩの各々のサブボリュームについてデータを収集する場合、拡張期時相は幾つかの時相範囲に分割することができ、個別のサブボリュームのデータ集合を各々の時相範囲について取得することができ、その後、取得後処理中に、異なる時相範囲に対応する画像集合を比較して、最も正確に整列又は整合する集合を組み合わせて、更なる診断目的のためのワーキング画像集合を構成することができると分かった。各々の拡張期時相を始め及び終わりの時相範囲に分割する上記の例は、拡張期時相を分割しないシステムよりも一層良好な結果を生じさせるが、拡張期時相の分割の数を増大させると一般的に整列を更に向上させ得る。例えば、一般に、各々の拡張期時相を５つの時相範囲に分割すると、各々の拡張期時相を２つの時相範囲に分割する場合よりも一層良好な結果を生じる。
【００２３】
本明細書全体を通じて、幾つかの例を予測型ゲート法又は遡及型ゲート法のいずれかに関連して説明するが、本発明は予測型又は遡及型の方法及び処理装置に有用であり、またその一方又は他方に制限されないことを理解されたい。また、一つ又は他の種類のシステムに関連して一例を教示した場合、明記していない種類のシステムが説明を簡単化するために単に省略したに過ぎず、本発明を何ら制限するものでないことは当然なことである。
【００２４】
また、本発明が経時的イメージング分解能を改善するための改良マルチセクタ再構成アルゴリズムの場合にも有用であることも留意されたい。これらのアルゴリズム及び該アルゴリズムに対する本発明の用い方は本明細書の以下の記載から当該分野の通常の知識を有する者にとって自明であろう。
【００２５】
本発明のこれらの及び他の面は以下の説明から明らかになろう。以下の説明において、本発明の好ましい実施形態を図示する添付の図面を参照する。このような実施形態は必ずしも本発明の範囲を全て表しているものではなく、従って、本発明の範囲は特許請求の範囲を参酌して解釈される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
［Ａ］ハードウエア：
ここで図１を参照して説明すると、本発明を使用するためのＣＴスキャナには、撮像領域を定める開口部（個別に参照符号を付していない）を持つガントリ２０が含まれている。ガントリ２０は、患者４２を通るビーム軸４１に沿って対向する検出器アレイ４４へ扇形Ｘ線ビーム４０を投射するように配向されたＸ線源１０を支持している。ガントリ２０は、デカルト座標系のｘ−ｙ平面を定義するガントリ平面３８内でビーム軸４１を旋回させるために回転する。ガントリ２０の回転はガントリ平面３８内の任意の基準位置からのビーム角度βによって測定される。
【００２７】
患者４２は患者支持架台４６上に載置され、架台４６はデカルト座標系のＺ軸と整列する並進軸４８に沿って移動させることができる。架台４６はガントリ平面３８を横切っており、且つ撮像プロセスを妨害しないように電波透過性である。
【００２８】
扇形ビーム４０のＸ線は、ビーム軸４１及び並進軸４８の両方にほぼ直交する横断軸５０にわたってガントリ平面３８内でビーム軸４１から扇形ビーム角度γで広がる。ビーム４０のＸ線はまた、並進軸４８にわたって（Ｚ軸に沿って）ビーム軸４１及びガントリ平面３８から僅かに発散する。
【００２９】
患者４２を通過した後、扇形ビーム４０のＸ線は検出器アレイ４４によって受け取られる。検出器アレイ４４は、横断軸５０に沿って延在する８つの横列と並進軸４８に沿って延在する複数の縦列とに配列された検出器素子１８′を有する。検出器アレイ４４の表面は平面状であってもよく、或いは焦点２６又はシステムのアイソセンタに中心を持つ球又は円筒の一部分に従う形状にしてもよい。
【００３０】
各々の検出器素子１８′はＸ線を受け取って、扇形ビーム４０の個別の射線に沿って強度測定値を供給する。各々の強度測定値は、患者４２の関心のあるボリューム又は関心領域（ＲＯＩ）４３の一部分を通過する扇形ビームの一射線の線積分による減衰値を表す。ＲＯＩ４３は典型的には、Ｚ軸に沿って従来のＣＴシステムの扇形ビームによって測定されるスライスの厚さよりも広い。検出器素子１８′の複数の列（横列）は検出器アレイを細分割し、従って扇形ビームを細分割する。
【００３１】
ここで図２について説明すると、図１のＣＴイメージング・システムを制御するための代表的な制御システムが、複数のガントリ付設制御モジュール５２、架台モータ制御装置５８、コンピュータ６０、オペレータ・コンソール６５及び大容量記憶装置６６を含んでいる。ガントリ付設制御モジュール５２はＸ線制御装置モジュール５４、ガントリ・モータ制御装置モジュール５６、データ取得システム６２及び画像再構成装置６８を含んでいる。Ｘ線制御装置５４はＸ線源１０に電力及びタイミング信号を供給し、コンピュータ６０によって制御されて必要なときに線源をオン・オフする。ガントリ・モータ制御装置５６はガントリ２０の回転速度及び位置を制御すると共に、ガントリの位置に関する情報をコンピュータ６０に供給する。架台モータ制御装置５８は架台４６の並進速度を制御すると共に、位置帰還情報をコンピュータ６０に供給する。
【００３２】
データ取得システム６２は検出器アレイ４４の検出器素子１８′からの強度信号をサンプリングしディジタル化して、ディジタル化信号をコンピュータ６０に供給し、コンピュータ６０は次いで信号を大容量記憶装置６６に記憶させる。スリップリングが、ガントリに装着された全ての要素を、ガントリに装着されていない他のシステム構成部品に当該分野で周知のように２方向通信のために接続する。データが収集された後、画像再構成装置５２は収集されたデータを組み合わせて、コンソール６５又は他の何らかの表示装置により表示するための画像を形成する。
【００３３】
図１及び図２を引き続き参照して説明すると、コンピュータ６０はパルス・シーケンス・プログラムを実行して、以下に詳しく説明するように本発明のデータ処理方法を実行する。このために、コンピュータ６０はオペレータ・コンソール６５（これは一般的にはＣＲＴ表示装置及びキーボードである）を介して指令及び走査パラメータを受け取る。コンソール６５により、オペレータはデータ取得走査を制御するためのパラメータを入力し、表示すべき画像を選択し、そして再構成画像及びコンピュータ６０からの他の情報を表示させることができる。大容量記憶装置又はメモリ６６はＣＴイメージング・システム用の動作プログラムを記憶すると共に、オペレータによって将来参照するために画像データを記憶する手段を構成する。コンピュータ６０及び画像再構成装置５２は共に、データを記憶するための電子的メモリ（図示していない）を備えている。
【００３４】
動作について説明すると、ガントリ・モータ制御装置５６がガントリ２０を或る回転速度まで回転させて、架台モータ制御装置５８が架台４６の並進を開始する。Ｘ線制御装置５４がＸ線源１０をターンオンして、架台が撮像領域を通って移動し且つガントリ２０が撮像領域の周りを回転するときに連続的に投影データが取得される。各々のビーム角度βにおいて、取得された投影データは、アレイ４４の各々の特定の縦列及び横列における各々の検出器素子１８′に対応する強度信号を有する。データ取得後、データは大容量記憶装置６６に螺旋データとして記憶され、そして当該分野で周知の様々な方法のいずれかを使用して重み付け及びフィルタ処理を行うことにより、ＲＯＩ４３を通る個別の体軸横断面のスライス画像に対応するスライス画像データを作成することができる。
【００３５】
［Ｂ］仮定：
ここで図１及び図４を参照して説明すると、この説明のために、ＲＯＩ４３は心拍動波形６０によって特徴づけられる患者４２の心臓を含んでおり、該心拍動波形６０がピーク振幅点Ｒ１及びＲ２の間の典型的なサイクル周期Ｐを持つと共に、概ね心拍動時相の時点τ₁とτ₈との間に生じる拡張期時相ＤＰを持つと仮定する。更に、螺旋状に取得したデータは最初は生の螺旋フォーマットで記憶され、そしてシステム・オペレータが心臓の画像を見るための心拍動時相を選択した後に単にスライス画像に変換されると仮定する。
【００３６】
更に、本発明は遡及型又は予測型ゲート・システムのいずれにも適用できるが、ここでは、本発明を予測型シュート・ムーブ式ゲート・システムに関連して説明し、処理装置が拡張期中にのみデータ取得を要求するようにデータ取得を制御する場合について説明する。
【００３７】
その上、図３も参照して説明すると、ＲＯＩ４３がＺ軸４８に沿った寸法Ｌr を持ち、典型的な走査速度により拡張期取得時相ＤＰ中にｚ軸寸法Ｌs に対応するデータのみ収集することができ、寸法Ｌs が寸法Ｌr の１０分の１であると仮定する。従って、ＲＯＩ４３は１０個の個別のサブボリューム１２２、１２４、１２６、１２８・・・１３０、１３２及び１３４（７つのみを図示）に分割でき、各拡張期時相には１つの個別のサブボリュームが対応する。
【００３８】
なおその上に、特に断らない限り、システム・オペレータがシステムによりＲＯＩ４３を通る全部で７０枚の等間隔の体軸横断面スライス画像を作成することを要求していると仮定する。このために、図３では、代表的なスライス画像スタック（積重ね）を参照符号１０４で表し、個別のスタック端部画像を参照符号１００及び１０２で表している。従って、１０個の個別のサブボリュームがあり、７０枚の等間隔のスライス画像が要求されているので、各々のサブボリュームには７枚の個別の画像が対応する。図３では、サブボリューム１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、１３２及び１３４に対応する個別の画像集合は、参照符号１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６及び１１８によってそれぞれ識別される。図４では、図示の拡張期取得時相ＤＰがサブボリューム１２８及び画像集合１１２に大体対応する。
【００３９】
更に、拡張期時相は時点τ₁〜τ₈（図４参照）に亘って存在するが、サブボリューム画像集合内の画像を作成するために充分なデータがより短い時相範囲中に収集されると仮定する。例えば、再び図３及び図４を参照して説明すると、時点τ₃〜τ₆の間の時相範囲φ_N 中に、集合１１２内のスライス画像を作成するのに充分なデータが取得される。
【００４０】
［Ｃ］理論：
ここで図５を参照して説明すると、図４のサイクルと同様な複数の逐次的な心拍動サイクルＣ１、Ｃ、・・・Ｃ１０が例示されており、その各々のサイクルは個別の拡張期時相ＤＰ１、ＤＰ２、・・・ＤＰ１０をそれぞれ含んでいる。更に、図３及び図５を参照して説明すると、サブボリューム１２２、１２４、・・・１３４に対応する個別の画像集合１０６、１０８、・・・１１８も示されている。従来のＥＫＧゲート手法と合致して、各々の拡張期時相中に、個別の画像集合及び個別のサブボリュームに対応するデータが収集される。例えば、第１の時相ＤＰ１中に、体軸横断面のスライス画像集合１０６（すなわち、画像１〜７を含む）に対応するデータが収集され、また時相ＤＰ２中に、体軸横断面のスライス画像集合１０８（すなわち、画像８〜１４を含む）に対応するデータが収集されると云う風に行われる。
【００４１】
引き続き図４を参照して説明すると、螺旋データを記憶した後、取得後期間中に、観察すべき画像を選ぶとき、システム・オペレータは拡張期時相ＤＰ内から、画像再構成装置（図１の６８参照）が７０枚の要求された体軸横断面のスライス画像を生成すべき特定の時相点又は位置ＳＰを選択する。その後、再構成装置６８は各々の拡張期時相内の時相位置ＳＰを中心とする時相範囲に対応する画像データの小集合を検索し、該データ小集合を使用して７０枚の要求された画像を作成する。例えば、図４において、図示のように選択された時相位置ＳＰでは、再構成装置６８は時相範囲φ_N に対応するデータ小集合を選択して、スライス画像集合１１２（φ_N ）を作成する。同様に、図５を参照して説明すると、再構成装置６８は拡張期時相ＤＰ２内の時相範囲φ_N に対応するデータ小集合を選択してスライス画像集合１０８（φ_N ）（個別に示してない）を作成し、拡張期時相ＤＰ１０内の時相範囲φ_N に対応するデータ小集合を選択してスライス画像集合１１８（φ_N ）（個別に示してない）を作成するという風に動作する。その後、再構成装置６８は幾つかの異なる周知のプロセスを用いて、個別の選択されたデータ小集合に対応するスライス画像を作成する。
【００４２】
ここで図１及び図６を参照して説明すると、時相範囲φ_N に対応するデータを使用して上述した態様で再構成装置６８によって作成することのできる体軸横断Ｘ−Ｙ平面内の代表的な画像集合を略図で示している。上述の説明と合致させると、画像集合は参照符号１０６φ_N 、１０８φ_N 等によって表され、各々の集合は個別のＲＯＩサブボリューム（例えば、図３中の１２２、１２４等）に対応する。各々の画像集合には７枚の個別のスライス画像が対応しているが、図には、個別の画像集合１１２（φ_N ）についてだけ個別の画像を示している。
【００４３】
図６において、解剖学的構造（例えば、患者の心臓の左心室壁）の輪郭１５１が画像集合によって捕捉されている。構造の輪郭１５１が隣接する画像集合の間で連続して表されているように、幾つかの隣接する画像集合が整列していることが理解されよう。例えば、図示のように、画像集合１０６φ_N は画像集合１０８φ_N 及び１１０φ_N と整列していると表され、また画像集合１１６φ_N は画像集合１１４φ_N 及び１０８φ_N と整列していると表されている。しかしながら、構造の動き及び他のシステム動作の微妙な違いにより、他の隣接する画像集合に対応する構造の輪郭セグメントは整列又は整合していない。例えば、画像集合１１０φ_N 及び１１２φ_N の間に整合不良が生じている。他の整合不良も図６に示されており、これらの整合不良は包括的に参照符号２００で表されている。
【００４４】
図６に示されたスライス画像はサジタル又はコロナル画像を作成するか、或いは異なるサブボリュームからのスライス画像を組み合わせる厚い体軸横断面画像さえも作成するように更に処理されるとき、整合不良２００は診断価値をかなり低減させるアーティファクトの原因となる。
【００４５】
多くの場合、逐次的な拡張期時相内の相異なる時相範囲に対応する画像集合は、逐次的な拡張期時相内の同じ時相範囲に対応する画像集合よりも一層よく整列することが認識されている。このため、図４を参照して説明すると、拡張期取得期間ＤＰは個別の時相範囲φ_Nー2、φ_Nー1、φ_N 、φ_N+1 及びφ_N+2に分割することができ、各々の時相範囲の持続時間は対応するスライス画像集合を作成するための充分な螺旋データに対応する。例えば、７つの画像スライス・データ集合１１２（φ_N+2）を作成するためのデータは時相範囲φ_N+2 に対応し、７つの画像スライス・データ集合１１２（φ_N+1）を作成するためのデータは時相範囲φ_N+1 に対応し、７つの画像スライス・データ集合１１２（φ_Nー1）を作成するためのデータは時相範囲φ_Nー1に対応し、７つの画像スライス・データ集合１１２（φ_Nー2）を作成するためのデータは時相範囲φ_Nー2に対応する。従って、本例において、５つの個別の時相依存集合１１２（φ_Nー2）、１１２（φ_Nー1）、１１２（φ_N ）、１１２（φ_N+1 ）及び１１２（φ_N+2）に配列された３５枚の個別の画像は拡張期時相ＤＰ中に作成することができ、その場合、各々の集合は同じサブボリューム（例えば、図３に示されているような本例では１２８）に対応する。
【００４６】
また図７を参照して説明すると、図６の部分１７１に対応する略図が示されており、画像集合１１０φ_N 及び１１２φ_N に対応する構造輪郭１５１の左側部分と画像集合１０８φ_N 及び１１３φ_N に対応する構造輪郭のセグメントを含んでいる。更に、部分１７１はまた、画像集合１１２（φ_N+1 ）及び１１２（φ_N-2 ）に対応する構造輪郭１５１の左側部分も示している。図７には、画像集合１１２（φ_N+2 ）及び１１２（φ_N-1 ）に対応する構造輪郭１５１の左側部分は示されていない。明らかに、画像集合１１２（φ_N-2 ）は、画像集合１１２（φ_N ）よりも隣接の画像集合１１０（φ_N ）に一層接近して整合（すなわち、整列）しており、従って、画像集合１１０（φ_N ）がワーキング画像集合内に含まれていると仮定して、画像集合１１２（φ_N ）を画像集合１１２（φ_N-2 ）に置き換えると、画像集合間の整合不良は一般的に低減させることができる。
【００４７】
同様に、画像集合１１２（φ_N+1）は隣接の画像集合１１０（φ_N）と精密に整合（すなわち、整列）しており、従って、再び画像集合１１０（φ_N ）がワーキング画像集合内に含まれていると仮定して、画像集合１１２（φ_N ）を画像集合１１２（φ_N+1 ）に置換すると、画像集合間の整合不良は一般的に低減させることができる。
【００４８】
従って、各々の拡張期時相について複数の時相範囲依存の画像集合を作成し、最も良く整列する画像集合を特定することによって、よりよい診断用特性を持つ最適なワーキング画像集合を作成することができる。本例では、再び図４を参照して説明すると、各々の拡張期時相ＤＰ１、ＤＰ２等の間にその期間を５つの個別の時相範囲φ_N-2、φ_N-1、φ_N、φ_N+1及びφ_N+2に分割し、次いで螺旋時相範囲依存画像データを使用して、各集合が７つの個別の画像を含んでいる５つの個別の画像集合を作成する。その後、隣接するＲＯＩサブボリューム（再び図３の１２８〜１３４を参照されたい）に対応する画像集合を比較して、各々のサブボリュームに対応する個別の画像集合を含む最適なワーキング集合を特定する。この場合、最適な集合は異なる時相範囲からの画像集合を含んでいることがある。
【００４９】
［Ｄ］動作：
ここで図８を参照して説明すると、本発明による遡及型ゲート法１４０を示している。また図１、図２及び図３を参照して説明すると、プロセス・ブロック１６９で、システム・オペレータがオペレータ・コンソール６５を使用して、７０枚の体軸横断面の２次元スライス画像１０４を作成すべき患者４２内のＲＯＩ４３を定める。
【００５０】
ブロック１４４で、データ取得中に、イメージング・システム３８はＲＯＩ４３全体について螺旋ＣＴ画像データを収集し、該螺旋データをＥＫＧ信号の関数として（すなわち、取得サイクルの関数として）大容量記憶装置６６内に記憶させる。
【００５１】
ＲＯＩ４３について全ての螺旋データを取得して記憶装置６６に記憶した後、制御はブロック１４６へ進み、そこでシステム・オペレータはコンソール６５を使用して、撮像すべき特定の時相位置を指示する時相指令を定める。このため、再び図４を参照して説明すると、代表的な選択された時相位置をＳＰとして示している。次いで、ブロック１４８で、コンピュータ６０は各々の拡張期時相から時相位置ＳＰの関数として個別の時相範囲を特定する。本例において、図４を引き続き参照すると共に図５も参照して説明すると、コンピュータ６０は各々の拡張期時相を５つの個別の時相範囲に再分割する。その内の中央の範囲φ_N は選択された位置ＳＰを中心として時点τ₃とτ₆との間にあり、またこの中央の時相範囲φ_Nの前には２つの先行の時相範囲があり、中央の時相範囲φ_Nの後には２つの後続の時相範囲がある。先行の時相範囲は、時点τ₁〜τ₄の間にある時相範囲φ_N-2と、時点τ₂〜τ₅の間にある時相範囲φ_N-1とを含んでいる。後続の時相範囲は、時点τ₄〜τ₇の間にある時相範囲φ_N+1と、時点τ₅〜τ₈の間にある時相範囲φ_N+2とを含んでいる。このように、本例では、時相範囲は幾分オーバーラップしている。
【００５２】
次に、ブロック１４２で、コンピュータ６０は装置６６から各々の拡張期時相について各々の時相範囲に対応するデータを検索し（すなわち、遡及型ゲート機能）、ブロック１５２で、コンピュータ６０は画像再構成装置６８に、各々の拡張期について各々の時相範囲についての２Ｄ画像を含む時相画像集合を作成させる。例えば、再び図４を参照して説明すると、画像再構成装置６８は、１つの拡張期時相に対応するサブボリューム１２８（図３も参照）について時相期間φ_N- ₂、φ_N-1、φ_N、φ_N+1及びφ_N+2の各々についての７つの画像を含む個別の画像集合を作成する。同様に、また図５も参照して説明すると、５つの個別の時相特有の画像集合が他のサブボリューム１２２、１２４、１２６、・・・１３０、１３２及び１３４の各々について作成される。これらのサブボリュームの各々は個別の拡張期時相に１つずつ対応する。全ての画像集合は大容量記憶装置６６内に記憶される。
【００５３】
次いで、再び図２、図４、図５及び図６を参照して説明すると、コンピュータ６０は、選択された時相位置ＳＰと最も近く整列している時相画像集合を選択して、全ての選択された時相画像集合を含むワーキング画像集合を作成する。本例では、位置ＳＰと最も近く整列している時相画像集合は時相範囲φ_N に対応し、上述のように図６に示している。このステップはブロック１５４で行われる。ブロック１５６で、コンピュータ６０は全てのワーキング集合の画像集合（図６参照）を比較して、ワーキング集合の画像集合の間で実質的な整合が存在するかどうか判定する。実質的な整合が存在する場合、制御はこのプロセスから出て、プロセスは終了する。しかしながら、ブロック１５６で、ワーキング集合の画像集合の間で実質的な整合が存在しない場合、制御はブロック１５８に進み、そこで、コンピュータ６０は、ワーキング集合のうちの最も大きく整合からずれている第１及び第２の隣接する画像集合を特定する。例えば、本例では、コンピュータ６０はワーキング集合の画像集合１１０（φ_N ）及び１１２（φ_N ）を最も整列不良又は整合不良の隣接した画像集合として特定することができる。ここでは、画像集合１１０（φ_N ）及び画像集合１１２（φ_N ）を第１の集合及び第２の集合として特定すると仮定する。
【００５４】
次に、ブロック１６０で、コンピュータ６０は、第２の画像集合と同じ拡張期時相に対応する時相画像集合であって、第１の画像集合と最も緊密に整合している該時相画像集合を、置換用画像集合として特定する。再び図８を参照して説明すると、本例では、コンピュータ６０は、第１の画像集合１１０（φ_N ）と最も緊密に整合している、第２の時相画像集合１１２（φ_N ）に対応する画像集合として、時相画像集合１１２（φ_N+1 ）を特定する。ブロック１６２で、コンピュータ６０は第２の画像集合の代わりに置換用画像集合を用いて、修正したワーキング集合を作成する。その後、制御はブロック１５６へ戻り、該ブロックで、コンピュータ６０はワーキング集合の画像集合が実質的に整合しているかどうかの判定をし続け、実質的に整合していない場合は、実質的な又は最適な整合が生じるまで他の時相画像集合との置換を行い続ける。
【００５５】
以上説明した方法及び装置は代表的な例に過ぎず、本発明の範囲を制限するものではなく、また当業者には本発明の範囲内で様々な修正を行いうることを理解されたい。
【００５６】
例えば、整合不良の程度を測定する多数の異なる画像比較アルゴリズムあり、このような従来技術は画像集合の比較に使用することができ、また本発明はこのようなプロセスのいずれか１つに制限されるものではない。
【００５７】
上述したように、生の螺旋データを記憶し、システム・オペレータが画像処理のために位置ＳＰ（図４参照）を選択した後でのみ画像集合を作成する場合について説明したが、別の例として、例えば、時相依存の２次元画像集合を各々の拡張期時相について作成することができ、また時相依存の画像集合を位置ＳＰの選択の前に記憶することができるような他の実施形態が存在することを理解されたい。この場合、位置ＳＰの選択後、コンピュータ６０は単に各々の拡張期時相について時相画像集合を呼び出して、各々の拡張期時相から位置ＳＰと最も緊密に整列している画像集合を選択する。その後、ブロック１５６、１５８、１６０及び１６２を含む図８に記述したプロセスは、上述したように実行することができよう。
【００５８】
更に、拡張期内の時相範囲は上記ではオーバーラップするものとして示したが、本発明は隣接する時相範囲がオーバーラップしない真に逐次的な時相範囲の場合も実行することができ、また、代替例として、幾分小さい範囲だけ相互に離れている時相範囲の場合でも本発明は実行することができる。更に、本発明は拡張期時相中の画像処理のために特に有用であるが、収縮期時相のような他の時相も本発明による画像処理のための対象とすることができることは明らかである。実際に、収縮期時相は一般的に拡張期時相よりも短いので、本発明は収縮期時相中に撮像する場合に特に有利である。更に、上記ではＥＫＧゲート式用途に関連して本発明を説明したが、本発明は周期的な構造上の運動が生じる他の用途にも有用であることはあきらかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】検出器素子を縦横列に配列した検出器アレイ及び扇形ビーム源を含む、本発明を実施するために使用されるＣＴ装置の斜視図である。
【図２】図１のＣＴ装置を制御するために使用することができ、且つ本発明を実施するために役立つＣＴ制御システムのブロック図である。
【図３】複数のサブボリュームに分割された関心領域及びそれに対応する２次元画像スタックを例示する略図である。
【図４】代表的な心拍動サイクル、代表的な拡張期時相、該拡張期時相に対応する時相範囲、また該時相範囲の各々に対応する画像集合を例示するグラフ及び略図である。
【図５】一連の拡張期時相及び対応する画像集合を例示する、図４と同様な略図である。
【図６】異なる拡張期時相及び各々の拡張期時相内の大体同じ時相範囲に対応するコロナル断面の２次元画像を例示する略図である。
【図７】図６の一部分を示す略図である。
【図８】本発明による方法を例示するフローチャートである。
【符号の説明】
１８’ 検出器素子
２０ガントリ
２６焦点
３８ガントリ平面
４０扇形Ｘ線ビーム
４１ビーム軸
４２患者
４３関心領域
４８並進軸
５０横断軸
５２ガントリ付設の制御モジュール
１００、１０２スタック端部画像
１０４スライス画像スタック
１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８画像集合
１２０関心領域
１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、１３４サブボリューム
１５１解剖学的構造の輪郭
１７１部分
２００整合不良

Claims

心拍動の時相を監視し、ＥＫＧ信号を出力するＥＫＧシステムと接続し、コンピュータと、螺旋ＣＴ画像データを記憶する記憶装置（６６）とを備えるＣＴイメージング・システムであって、関心領域（ＲＯＩ）（１２０）に対応するワーキング画像集合を構成する２次元ＣＴ画像の間の時相整合不良を最小にするための、ＣＴイメージング・システムで使用される方法であって、
取得期間中の個別の逐次的な取得時相を特定するために前記コンピュータが前記ＥＫＧ信号を処理するステップ（１４８）と、
個別の取得時相に対応する螺旋データを取得するために前記コンピュータが前記記憶装置（６６）を検索するステップ（１４２）と、
各々の取得時相について、（１）少なくとも２つの異なる時相範囲を特定し（１４８）、（２）画像を作成して（１５２）、該画像を前記異なる時相範囲に対応する時相画像集合として記憶するステップと、
逐次的な範囲に対応する時相画像集合を比較して（１５６）、実質的に整列した時相画像集合を特定するステップと、
前記実質的に整列した時相画像集合を前記ＲＯＩについてのワーキング画像集合として選択するステップ（１５８，１６０，１６２）とを含んでいる当該方法。
前記少なくとも１つの心拍動サイクル時相は拡張期時相又は収縮期時相である、請求項１記載の方法。
心拍動の時相を監視し、ＥＫＧ信号を出力するＥＫＧシステムと接続し、螺旋ＣＴ画像データを記憶する記憶装置（６６）とを備えるＣＴイメージング・システムであって、関心領域（ＲＯＩ）に対応するワーキング画像集合を構成する２次元ＣＴ画像の間の時相整合不良を最小にするための、ＣＴイメージング・システムで使用される処理装置であって、
取得期間中の個別の逐次的な取得時相を特定するために前記ＥＫＧ信号を処理するステップ（１４８）と、
個別の取得時相に対応する螺旋データを取得するために前記記憶装置（６６）を検索するステップ（１４２）と、
各々の取得時相について、（１）少なくとも２つの異なる時相範囲を特定し（１４８）、（２）画像を作成して（１５２）、該画像を異なる時相範囲に対応する時相画像集合として記憶するステップと、逐次的な範囲に対応する時相画像集合を比較して（１５６）、実質的に整列した時相画像集合を特定するステップと、
前記実質的に整列した時相画像集合を前記ＲＯＩについてのワーキング画像集合として選択するステップ（１５８，１６０，１６２）とを実行するプログラムを実行する処理装置（６０）。
前記プログラムは、循環的な解剖学的機能のサイクルを監視することによって前記の取得時相を特定するステップを実行するように、前記処理装置を動作させ、前記の螺旋データを取得するステップは前記解剖学的機能のサイクルと一致するように螺旋データの取得をゲート駆動することを含んでいる、請求項３記載の処理装置（６０）。
前記解剖学的機能は心拍動サイクルであり、各々の取得時相は少なくとも１つの心拍動サイクル時相に対応する、請求項４に記載の処理装置（６０）。
前記プログラムは、循環的な解剖学的機能のサイクルを監視しながら、完全な螺旋データ集合を取得し（１４４）、次いで該螺旋データを循環的な解剖学的データの関数として記憶することによって、前記の螺旋データを取得するステップを実行するように、前記処理装置を動作させ、また前記プログラムは、前記螺旋データを記憶した後、前記解剖学的機能のサイクルの個別の時相を特定する（１４６）ことによって、前記の取得時相を特定するステップを実行するように、前記処理装置を動作させ、前記の螺旋データを取得するステップは更に、個別の取得時相に対応する螺旋データを検索することを含んでいる、請求項３乃至５のいずれか１項に記載の処理装置（６０）。
前記プログラムは更に、前記比較の前に、取得期間内から特定の時相点を特定するように、前記処理装置を動作させ、また前記プログラムは、前記特定された時相点に最も接近して対応する時相画像集合をワーキング集合として選択して、整列不良を見分けるために該ワーキング集合の画像集合を比較することによって、取得時相ごとに前記の比較するステップを実行するように、前記処理装置を動作させ、更に前記プログラムは、置換によって整列不良が低減される場合にワーキング集合の画像集合を非ワーキング集合の画像集合に置き換えて、修正したワーキング画像集合を構成することによって、前記の選択するステップを実行するように、前記処理装置を動作させる、請求項３乃至６のいずれか１項に記載の処理装置（６０）。
前記時相範囲は相互にオーバーラップしている、請求項３乃至７のいずれか１項に記載の処理装置（６０）。
前記時相範囲は相次ぐ時相範囲である、請求項３乃至７のいずれか１項に記載の処理装置（６０）。
前記の少なくとも２つの異なる時相範囲を特定することは、各々の取得時相について３つ以上の時相範囲を特定することを含んでいる、請求項３乃至９のいずれか１項に記載の処理装置（６０）。