JPH0669451B2 - らせん走査における断層撮影像作成方法および装置 - Google Patents
らせん走査における断層撮影像作成方法および装置Info
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- JPH0669451B2 JPH0669451B2 JP2315691A JP31569190A JPH0669451B2 JP H0669451 B2 JPH0669451 B2 JP H0669451B2 JP 2315691 A JP2315691 A JP 2315691A JP 31569190 A JP31569190 A JP 31569190A JP H0669451 B2 JPH0669451 B2 JP H0669451B2
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- A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明はらせん走査を使用する第四世代のコンピュータ
断層撮影法に関するものである。更に詳しく述べると、
本発明はらせん走査で断層撮影投影データを取得するこ
とによって生じる像アーチファクトを減らすための像再
構成方法に関するものである。
断層撮影法に関するものである。更に詳しく述べると、
本発明はらせん走査で断層撮影投影データを取得するこ
とによって生じる像アーチファクトを減らすための像再
構成方法に関するものである。
第四世代のコンピュータ断層撮影システムでは、x線源
がコリメーションされ、規定された扇状ビーム角で扇状
ビームが形成される。扇状ビームは「イメージング平
面」と呼ばれるデカルト座標系のx−y平面の中に入る
ように配向される。また扇状ビームはイメージング対象
を透過してイメージング平面の中に配向されたx線検出
器列に達するように配向されている。x線源はイメージ
ング対象を中心としてイメージング平面内をガントリ上
で回転させることができる。これにより扇状ビームは異
なる角度でイメージング対象を横切る。
がコリメーションされ、規定された扇状ビーム角で扇状
ビームが形成される。扇状ビームは「イメージング平
面」と呼ばれるデカルト座標系のx−y平面の中に入る
ように配向される。また扇状ビームはイメージング対象
を透過してイメージング平面の中に配向されたx線検出
器列に達するように配向されている。x線源はイメージ
ング対象を中心としてイメージング平面内をガントリ上
で回転させることができる。これにより扇状ビームは異
なる角度でイメージング対象を横切る。
検出器列は多数の検出素子で構成される。各検出素子は
x線源からその特定の検出素子に投影される射線に沿っ
て透過した放射線の強度を測定する。しかし、従来の第
三世代のCTの場合には検出器列がx線源とともに動く
が、第四世代のシステムではこれと異なり検出器列が固
定されているので、x線源がイメージング対象を中心と
して回転するのにつれて各検出素子はさまざまな角度で
射線を受ける。
x線源からその特定の検出素子に投影される射線に沿っ
て透過した放射線の強度を測定する。しかし、従来の第
三世代のCTの場合には検出器列がx線源とともに動く
が、第四世代のシステムではこれと異なり検出器列が固
定されているので、x線源がイメージング対象を中心と
して回転するのにつれて各検出素子はさまざまな角度で
射線を受ける。
x線源の各角度で、照射された各検出素子からデータが
取得される。単一のx線源位置で収集されたこのデータ
は「線源−頂点」投影と呼ばれ、第三世代のCTイメージ
ングで取得された投影に類似している。
取得される。単一のx線源位置で収集されたこのデータ
は「線源−頂点」投影と呼ばれ、第三世代のCTイメージ
ングで取得された投影に類似している。
次に線源は新しい角度に回転して、上記の過程が繰り返
され、検出器は新しい角度で射線を受ける。線源が360
゜の回転を行なう間の、ある所定の検出器のデータは上
記の線源−頂点投影と区別するため「検出器−頂点」投
影と呼ばれる。検出器−頂点投影は取得された線源−頂
点データから導き出される。
され、検出器は新しい角度で射線を受ける。線源が360
゜の回転を行なう間の、ある所定の検出器のデータは上
記の線源−頂点投影と区別するため「検出器−頂点」投
影と呼ばれる。検出器−頂点投影は取得された線源−頂
点データから導き出される。
取得れた検出器−頂点投影組は通常、数値の形式で記憶
されているので、当該者には知られている検出器−頂点
再構成アルゴリズムに従ってコンピュータ処理でスライ
ス像を「再構成」することができる。再構成されたスラ
イス像は通常の陰極線管で表示してもよいし、コンピュ
ータ制御のカメラでフイルム記録に変換してもよい。再
構成過程で線源−頂点投影ではなくて検出器−頂点投影
を使用すると、検出器ごとに感度が変ることに伴なう像
アーチファクトが少なくなる。
されているので、当該者には知られている検出器−頂点
再構成アルゴリズムに従ってコンピュータ処理でスライ
ス像を「再構成」することができる。再構成されたスラ
イス像は通常の陰極線管で表示してもよいし、コンピュ
ータ制御のカメラでフイルム記録に変換してもよい。再
構成過程で線源−頂点投影ではなくて検出器−頂点投影
を使用すると、検出器ごとに感度が変ることに伴なう像
アーチファクトが少なくなる。
通常のコンピュータ断層撮影の検査ではイメージング対
象の一連のスライスのイメージングが行なわれ、この一
連のスライスはx軸およびy軸に垂直なz軸に沿って増
分的に位置がずれている。これにより第3空間次元の情
報が得られる。放射線医はz軸に沿った位置の順にスラ
イス像を見ることによってこの第3次元を可視化でき
る。あるいは再構成されたスライスの組を構成する数値
データをコンピュータ・プログラムにより編集して、イ
メージング対象の三次元の陰影付き斜視図を作成するこ
ともできる。
象の一連のスライスのイメージングが行なわれ、この一
連のスライスはx軸およびy軸に垂直なz軸に沿って増
分的に位置がずれている。これにより第3空間次元の情
報が得られる。放射線医はz軸に沿った位置の順にスラ
イス像を見ることによってこの第3次元を可視化でき
る。あるいは再構成されたスライスの組を構成する数値
データをコンピュータ・プログラムにより編集して、イ
メージング対象の三次元の陰影付き斜視図を作成するこ
ともできる。
コンピュータ断層撮影法の分解能が増大るにつれて、z
次元で付加的なスライスが必要となる。断層撮影検査の
時間および費用は必要なスライス数がふえるにつれて増
大する。また、走査時間が長くなると、断層撮影像再構
成の忠実度を維持するためにほぼ不動でなければならな
い患者の苦痛が増大する。したがって、一連のスライス
を得るために必要な時間を減らすことにかなり関心が集
まっている。
次元で付加的なスライスが必要となる。断層撮影検査の
時間および費用は必要なスライス数がふえるにつれて増
大する。また、走査時間が長くなると、断層撮影像再構
成の忠実度を維持するためにほぼ不動でなければならな
い患者の苦痛が増大する。したがって、一連のスライス
を得るために必要な時間を減らすことにかなり関心が集
まっている。
一連のスライスに対するデータを収集するために必要な
時間は部分的に次の4つの構成要素によってきまる。す
なわちa)ガントリを走査速度またで加速するために必
要な時間、b)完全な1つの断層撮影投影組を得るため
に必要な時間、c)ガントリを減速するために必要な時
間、およびd)次のスライスのためにz軸方向に患者を
再位置ぎめするために必要な時間によってきまる。全ス
ライス列を得るために必要な時間の短縮はこの4つのス
テップのいずれかを完了するために必要な時間を短縮す
ることによて行なうことができる。
時間は部分的に次の4つの構成要素によってきまる。す
なわちa)ガントリを走査速度またで加速するために必
要な時間、b)完全な1つの断層撮影投影組を得るため
に必要な時間、c)ガントリを減速するために必要な時
間、およびd)次のスライスのためにz軸方向に患者を
再位置ぎめするために必要な時間によってきまる。全ス
ライス列を得るために必要な時間の短縮はこの4つのス
テップのいずれかを完了するために必要な時間を短縮す
ることによて行なうことができる。
ガントリの加速および減速に必要な時間はガントリと通
信するケーブルではなくてスリップリングを使用する断
層撮影システムでは避けることができる。スリップリン
グによって、ガントリを連続的に回転することができ
る。以下に説明するとCTシステムではスリップリングま
たは同等のものをそなえることにより360゜を超えて連
続的に回転することができるものとする。
信するケーブルではなくてスリップリングを使用する断
層撮影システムでは避けることができる。スリップリン
グによって、ガントリを連続的に回転することができ
る。以下に説明するとCTシステムではスリップリングま
たは同等のものをそなえることにより360゜を超えて連
続的に回転することができるものとする。
断層撮影データ組を取得するために必要な時間は短縮す
ることが難しい。現在のCTスキャナでは1つのスライス
に対する投影組を取得するのに1秒乃至2秒必要であ
る。この走査時間はガントリをより早い速度で回転させ
ることによって短縮することができる。一般に、ガント
リ速度が早くなると、取得したデータの信号対雑音比は
回転速度上昇率の平方根だけ小さくなる。これは透過形
断層撮影装置ではx線管の放射線出力を大きくすること
によりある程度は克服することができるが、このような
装置ではパワーに限界がある。
ることが難しい。現在のCTスキャナでは1つのスライス
に対する投影組を取得するのに1秒乃至2秒必要であ
る。この走査時間はガントリをより早い速度で回転させ
ることによって短縮することができる。一般に、ガント
リ速度が早くなると、取得したデータの信号対雑音比は
回転速度上昇率の平方根だけ小さくなる。これは透過形
断層撮影装置ではx線管の放射線出力を大きくすること
によりある程度は克服することができるが、このような
装置ではパワーに限界がある。
患者の再位置ぎめ時間の短縮はガントリの回転と同期し
てz方向に患者を並進させることによって達成すること
ができる。ガントリの回転中にz軸に沿って患者を一定
速度で並進させながら投射データを取得する方式は「ら
せん走査」と呼ばれ、イメージング対象の物体上の基準
点に対するガントリ上の点の見掛けの径路を指してい
る。ここで使用されているように、「らせん走査」は一
般に断層撮影イメージング・データの取得中に患者また
はイメージング対象の連続的な並進を使用することを指
す。また「一定z軸走査」は取得期間中に患者またはイ
メージング対象を並進させないで断層撮影データ組を取
得することを指す。
てz方向に患者を並進させることによって達成すること
ができる。ガントリの回転中にz軸に沿って患者を一定
速度で並進させながら投射データを取得する方式は「ら
せん走査」と呼ばれ、イメージング対象の物体上の基準
点に対するガントリ上の点の見掛けの径路を指してい
る。ここで使用されているように、「らせん走査」は一
般に断層撮影イメージング・データの取得中に患者また
はイメージング対象の連続的な並進を使用することを指
す。また「一定z軸走査」は取得期間中に患者またはイ
メージング対象を並進させないで断層撮影データ組を取
得することを指す。
走査中にイメージング対象を連続的に並進させると、走
査相互の合間に患者を再位置ぎめするために通常必要と
される時間がなくなり、与えられた数のスライスの取得
に必要とされる総走査時間が短縮される。しかし、らせ
ん走査では取得された断層撮影投影組のデータについて
エラーが生じる。断層撮影再構成の数学では一定z軸ス
ライス平面に沿って断層撮影投影組が取得されると仮定
している。らせん走査径路は明らかにこの条件からずれ
ており、このずれの結果、z軸方向に対象に著しい変化
がある場合には再構成されたスライス像に像アーチファ
クトが生じる。像アーチファクトのひどさは一般に、走
査データのテーブル位置と所望のスライス平面のz軸値
との差として測定された投影データの「らせんオフセッ
ト」によってきまる。らせん走査によって生じるエラー
はまとめて「スキュー」エラーと呼ばれる。
査相互の合間に患者を再位置ぎめするために通常必要と
される時間がなくなり、与えられた数のスライスの取得
に必要とされる総走査時間が短縮される。しかし、らせ
ん走査では取得された断層撮影投影組のデータについて
エラーが生じる。断層撮影再構成の数学では一定z軸ス
ライス平面に沿って断層撮影投影組が取得されると仮定
している。らせん走査径路は明らかにこの条件からずれ
ており、このずれの結果、z軸方向に対象に著しい変化
がある場合には再構成されたスライス像に像アーチファ
クトが生じる。像アーチファクトのひどさは一般に、走
査データのテーブル位置と所望のスライス平面のz軸値
との差として測定された投影データの「らせんオフセッ
ト」によってきまる。らせん走査によって生じるエラー
はまとめて「スキュー」エラーと呼ばれる。
らせん走査のスキューエラーを減らすためいくつかの方
法が使用されてきた。米国特許第4,789,929号に開示さ
れている第1の手法では、相次ぐ360゜断層撮影投影組
の投影相互の間で補間が行なわれる。720゜にわたって
補間するこの手法を用いると、一般に部分的な容積アー
チファクトが増大する。部分的な容積アーチファクトは
イメージング対象のある容積要素が投影組のいくつかの
投影にだけ寄与するきに生ずる像アーチファクトであ
る。
法が使用されてきた。米国特許第4,789,929号に開示さ
れている第1の手法では、相次ぐ360゜断層撮影投影組
の投影相互の間で補間が行なわれる。720゜にわたって
補間するこの手法を用いると、一般に部分的な容積アー
チファクトが増大する。部分的な容積アーチファクトは
イメージング対象のある容積要素が投影組のいくつかの
投影にだけ寄与するきに生ずる像アーチファクトであ
る。
1989年11月13日出願の米国特許出願第435,980号(特願
平2−304189号)「らせん走査のための補外式再構成
法」に述べられている第2の手法では180゜のみのガン
トリ回転の2つの部分投影組の間で補間および補外を行
なうことによってスキューアーチファクトを少なくして
いる。
平2−304189号)「らせん走査のための補外式再構成
法」に述べられている第2の手法では180゜のみのガン
トリ回転の2つの部分投影組の間で補間および補外を行
なうことによってスキューアーチファクトを少なくして
いる。
発明の要約 当業者には理解されるように、360゜未満のガントリ回
転で取得される投影データから断層撮影像を作成するこ
とができる。一般に、この結果は180゜離れたガントリ
角度で取得された投影における射線の減衰が等しいこと
によって生じる。断層撮影像を再構成するこの方法は
「半走査」再構成と呼ばれる。半走査データ組からの重
み付けと像再構成についてはメディカル・フィジックス
誌、9(2)、1982年3/4月号所載のデニス・エル・
パーカによる論文「扇状ビームCT用の最適短走査コンボ
リューション再構成(Optimal Short Scan Convolut
ion Reconstruction for Fanbeam CT)」に述べら
れている。
転で取得される投影データから断層撮影像を作成するこ
とができる。一般に、この結果は180゜離れたガントリ
角度で取得された投影における射線の減衰が等しいこと
によって生じる。断層撮影像を再構成するこの方法は
「半走査」再構成と呼ばれる。半走査データ組からの重
み付けと像再構成についてはメディカル・フィジックス
誌、9(2)、1982年3/4月号所載のデニス・エル・
パーカによる論文「扇状ビームCT用の最適短走査コンボ
リューション再構成(Optimal Short Scan Convolut
ion Reconstruction for Fanbeam CT)」に述べら
れている。
本発明はスライス平面の近くで取得された2つの検出器
−頂点半走査からのらせんオフセットを小さくした投影
組を補間および補外することにより、らせん状に取得し
たデータのスキューアーチファクトを小さくする。半走
査は接合(splicing)手順により2πのガントリ回転の
みで取得されたデータから作成される。
−頂点半走査からのらせんオフセットを小さくした投影
組を補間および補外することにより、らせん状に取得し
たデータのスキューアーチファクトを小さくする。半走
査は接合(splicing)手順により2πのガントリ回転の
みで取得されたデータから作成される。
詳しく述べると、線源−頂点投影データが2πのガント
リ回転中に取得され、対応する検出器−頂点投影組に入
れなおされる。2つの半走査は入れなおされた検出器−
頂点投影組から分割される。これらの半走査からのデー
タは接合されて、全2πの検出器−頂点投影が作成され
る。半走査は重み付けされてスライス平面に対する補間
および補外を行なえるようにした後、再構成されて像を
形成する。
リ回転中に取得され、対応する検出器−頂点投影組に入
れなおされる。2つの半走査は入れなおされた検出器−
頂点投影組から分割される。これらの半走査からのデー
タは接合されて、全2πの検出器−頂点投影が作成され
る。半走査は重み付けされてスライス平面に対する補間
および補外を行なえるようにした後、再構成されて像を
形成する。
本発明の1つの目的はより短いz軸距離で単一のスライ
ス像に対する投影データを取得できるようにすることで
ある。接合過程により、検出器−頂点半走査を360゜で
取得することができる。与えられた走査ピッチに対して
720゜で取得された2つの全走査ではなくて360゜で取得
された2つの検出器−頂点半走査を使用することによ
り、らせん走査で必要とされるz軸行程が短かくなる。
これにより、取得される投影がスライス平面により近い
点に集中するので、補間と補外の正確さが向上し、部分
的な容積アーチファクトが少なくなる。
ス像に対する投影データを取得できるようにすることで
ある。接合過程により、検出器−頂点半走査を360゜で
取得することができる。与えられた走査ピッチに対して
720゜で取得された2つの全走査ではなくて360゜で取得
された2つの検出器−頂点半走査を使用することによ
り、らせん走査で必要とされるz軸行程が短かくなる。
これにより、取得される投影がスライス平面により近い
点に集中するので、補間と補外の正確さが向上し、部分
的な容積アーチファクトが少なくなる。
本発明のもう1つの目的はより短い時間で単一スライス
像の投影データを取得できるようにすることである。断
層撮影投影組の投影データの取得中の患者の動によって
像アーチファクトが生じ得る。与えられたガントリ速度
に対して、 360゜のみのガントリ回転で取得される検出器−頂点半
走査を使用することによって、この動きによるアーチフ
ァクト(モーション・アーチファクト)の起りにくい像
の再構成が可能になる。
像の投影データを取得できるようにすることである。断
層撮影投影組の投影データの取得中の患者の動によって
像アーチファクトが生じ得る。与えられたガントリ速度
に対して、 360゜のみのガントリ回転で取得される検出器−頂点半
走査を使用することによって、この動きによるアーチフ
ァクト(モーション・アーチファクト)の起りにくい像
の再構成が可能になる。
本発明のもう1つの目的は半走査過程の効率を向上する
ことである。360゜のガントリ回転で取得されるデータ
を接合して2つの検出器−頂点半走査を形成することに
より、患者のx線総被曝量を減らすことができる。
ことである。360゜のガントリ回転で取得されるデータ
を接合して2つの検出器−頂点半走査を形成することに
より、患者のx線総被曝量を減らすことができる。
本発明の上記および他の目的および利点は以下の説明か
ら明らかとなろう。以下の説明で参照する付図は本発明
の一部を形成するものであり、本発明の実施例を図示し
ている。しかし、このような実施例は必らずしも本発明
の全範囲を表わすものではないので、発明の範囲の解釈
にあたっては請求の範囲を参照しなければならない。
ら明らかとなろう。以下の説明で参照する付図は本発明
の一部を形成するものであり、本発明の実施例を図示し
ている。しかし、このような実施例は必らずしも本発明
の全範囲を表わすものではないので、発明の範囲の解釈
にあたっては請求の範囲を参照しなければならない。
実施例の説明 第1図および第2図を参照して説明すると、CTガントリ
を含む「第四世代」のCTスキャナはイメージング対象12
を通して固定検出器列18に扇状x線ビーム24を投影する
ように配向されたx線源10を含んでいる。扇状ビーム24
はデカルト座標系のx−y平面すなわち「イメージング
平面」に沿った方向を向いており、真ん中の射線20から
イメージング平面に沿って測った角度αの複数の射線21
を含んでいる。線源10はガントリ(図示しない)に取り
付けられて、角度φでイメージング対象12の周囲を軌道
を描いて回る。扇状ビームの真ん中の射線20が垂直で下
を向いているとき、φは任意に零とみなされる。線源10
はスリップリング(図示しない)により、第4図に示さ
れている後述のガントリ付設の制御モジュール48に結合
されているので、360゜より大きい角度にわたって連続
的に自由に回転して投影データを取得することができ
る。
を含む「第四世代」のCTスキャナはイメージング対象12
を通して固定検出器列18に扇状x線ビーム24を投影する
ように配向されたx線源10を含んでいる。扇状ビーム24
はデカルト座標系のx−y平面すなわち「イメージング
平面」に沿った方向を向いており、真ん中の射線20から
イメージング平面に沿って測った角度αの複数の射線21
を含んでいる。線源10はガントリ(図示しない)に取り
付けられて、角度φでイメージング対象12の周囲を軌道
を描いて回る。扇状ビームの真ん中の射線20が垂直で下
を向いているとき、φは任意に零とみなされる。線源10
はスリップリング(図示しない)により、第4図に示さ
れている後述のガントリ付設の制御モジュール48に結合
されているので、360゜より大きい角度にわたって連続
的に自由に回転して投影データを取得することができ
る。
検出器列18はほぼイメージング平面内のリング状の多数
の検出素子26で構成される。これらの検出素子は、x線
がイメージング対象12を透過することによって生じる投
影像を受けて、その大きさに比例した値を検出する。与
えられた線源10の位置φに対して、検出素子26が受ける
射線の角度はγで測られ、検出素子26から検出器列18の
リングの中心に向う半径線を基準としている。回転する
線源10との干渉を避けるため検出器列18のリングは章動
させてもよい。
の検出素子26で構成される。これらの検出素子は、x線
がイメージング対象12を透過することによって生じる投
影像を受けて、その大きさに比例した値を検出する。与
えられた線源10の位置φに対して、検出素子26が受ける
射線の角度はγで測られ、検出素子26から検出器列18の
リングの中心に向う半径線を基準としている。回転する
線源10との干渉を避けるため検出器列18のリングは章動
させてもよい。
第1図および第2図に示すように、線源10の回転半径は
検出器列18のリングの半径に等しいので、αは−γに等
しい。このように半径を選定すると以下の説明が簡略化
される。しかし、当業者には明らかなように、検出器お
よび線源−頂点投影組との間の下記の関係に適当な変更
を加えれば、検出器列のリングの半径を線源の回転半径
より大きくしても小さくしてもよい。
検出器列18のリングの半径に等しいので、αは−γに等
しい。このように半径を選定すると以下の説明が簡略化
される。しかし、当業者には明らかなように、検出器お
よび線源−頂点投影組との間の下記の関係に適当な変更
を加えれば、検出器列のリングの半径を線源の回転半径
より大きくしても小さくしてもよい。
イメージング対象12はテーブル22の上にのっている。イ
メージング過程に対する妨害を最小限にするようにテー
ブル22は放射線に対して半透明になっている。扇状ビー
ム24によって掃引されるイメージング平面を横切って、
イメージング対象12に対して規定されたスライス平面14
を動かすx−yのイメージング平面に垂直なz軸に沿っ
てテーブル22の上表面が並進するようにテーブル22を制
御することができる。簡単のため以後、テーブル22は一
定速度で動き、したがってテーブル22のz軸位置が線源
10の角度位置φに比例するものと仮定する。
メージング過程に対する妨害を最小限にするようにテー
ブル22は放射線に対して半透明になっている。扇状ビー
ム24によって掃引されるイメージング平面を横切って、
イメージング対象12に対して規定されたスライス平面14
を動かすx−yのイメージング平面に垂直なz軸に沿っ
てテーブル22の上表面が並進するようにテーブル22を制
御することができる。簡単のため以後、テーブル22は一
定速度で動き、したがってテーブル22のz軸位置が線源
10の角度位置φに比例するものと仮定する。
第3a図および第3b図に示すように、線源10の角度位置お
よびイメージング対象に対するイメージング平面のz軸
位置はそれぞれ一定z軸走査およびらせん走査に対し
(真ん中の射影20と同等な)投影矢印で示される。第3a
図に示される一定z軸走査では、データは一定z軸位置
で取得され、イメージング対象12はこのような取得相互
の合間にz軸に沿って次のスライス平面に動かされる。
よびイメージング対象に対するイメージング平面のz軸
位置はそれぞれ一定z軸走査およびらせん走査に対し
(真ん中の射影20と同等な)投影矢印で示される。第3a
図に示される一定z軸走査では、データは一定z軸位置
で取得され、イメージング対象12はこのような取得相互
の合間にz軸に沿って次のスライス平面に動かされる。
これは第3b図のらせん走査とは異なっている。第3b図の
場合には、イメージング平面に対するイメージング対象
12のz軸位置はデータの取得中に絶えず変化する。した
がって、矢印20はz軸に沿ってイメージング対象12の中
でらせんを描く。らせんのピッチは走査ピッチと呼ばれ
る。
場合には、イメージング平面に対するイメージング対象
12のz軸位置はデータの取得中に絶えず変化する。した
がって、矢印20はz軸に沿ってイメージング対象12の中
でらせんを描く。らせんのピッチは走査ピッチと呼ばれ
る。
次に第4図に示すように、本発明に使うのに適したCTイ
メージング装置の制御システムは、x線源10に電力信号
およびタイミング信号を供給するx線制御器54、x線源
10の回転速度および位置を制御してコンピュータ60に情
報を与えるガントリ電動機制御器56、x線源10の位置に
関するデータ取得システム62、データ取得システム62を
介して検出器列18からサンプルおよびディジタル化され
た信号を受けることにより当業者には既知の方法に従っ
て高速像再構成を行なう像再構成器68が含まれている。
メージング装置の制御システムは、x線源10に電力信号
およびタイミング信号を供給するx線制御器54、x線源
10の回転速度および位置を制御してコンピュータ60に情
報を与えるガントリ電動機制御器56、x線源10の位置に
関するデータ取得システム62、データ取得システム62を
介して検出器列18からサンプルおよびディジタル化され
た信号を受けることにより当業者には既知の方法に従っ
て高速像再構成を行なう像再構成器68が含まれている。
z軸に沿ったテーブル22の速度および位置はテーブル電
動機制御器52を介してコンピュータ60に伝えられ、コン
ピュータ60によって制御される。コンピュータ60は操作
卓64を介して指令および走査パラメータを受ける。操作
卓は一般にCRTディスプレーおよびキーボードであり、
これにより操作者は走査用のパラメータを入力したり、
コンピュータ60からの再構成された像等の情報を表示さ
せることができる。大容量記憶装置66はCTイメージング
装置のためのオペレーティング・プログラムおよび操作
者が将来参照するための像データを記憶する手段を提供
する。
動機制御器52を介してコンピュータ60に伝えられ、コン
ピュータ60によって制御される。コンピュータ60は操作
卓64を介して指令および走査パラメータを受ける。操作
卓は一般にCRTディスプレーおよびキーボードであり、
これにより操作者は走査用のパラメータを入力したり、
コンピュータ60からの再構成された像等の情報を表示さ
せることができる。大容量記憶装置66はCTイメージング
装置のためのオペレーティング・プログラムおよび操作
者が将来参照するための像データを記憶する手段を提供
する。
第5a図に示すように、線源−頂点投影組70は2段で取得
される。第1に、線源角度φをπだけ進めることによ
り、第1の部分的な扇状ビーム投影組72を取得する。第
1の投影の角φは最初のガントリ角とは無関係に任意に
φ=0とされる。したがって最終投影はφ=πとなる。
この取得の終りに当って、(第1図に示される)イメー
ジング対象12のスライス平面14はz=Zspのz軸位置に
対応するイメージング平面とそろっている。次に第2の
部分的な扇状ビーム投影組74が開始され、ガントリ角度
φ=πで始まり、ガントリ角度φ=2πまで継続する。
継続的なテーブルの動きの結果として、イメージング対
象12のz軸位置はほぼガントリ位置φに比例する。すな
わち、 z=kφ (1) 但しkは定数である。
される。第1に、線源角度φをπだけ進めることによ
り、第1の部分的な扇状ビーム投影組72を取得する。第
1の投影の角φは最初のガントリ角とは無関係に任意に
φ=0とされる。したがって最終投影はφ=πとなる。
この取得の終りに当って、(第1図に示される)イメー
ジング対象12のスライス平面14はz=Zspのz軸位置に
対応するイメージング平面とそろっている。次に第2の
部分的な扇状ビーム投影組74が開始され、ガントリ角度
φ=πで始まり、ガントリ角度φ=2πまで継続する。
継続的なテーブルの動きの結果として、イメージング対
象12のz軸位置はほぼガントリ位置φに比例する。すな
わち、 z=kφ (1) 但しkは定数である。
データ71が取得されると、これは以下の関係に従って、
第5b図に示されるように分類すなわち「入れなおし(re
binning)」される。線源−頂点投影のデータ要素Psv
(φ,α)および検出器−頂点投影のPdv(β,γ)に
対しては Psv(φ,α)=Pdv(π+2α,−α) (2) 第5a図の領域74および72はそれぞれ第5b図の領域74′お
よび72′に写像(マッピング)される。
第5b図に示されるように分類すなわち「入れなおし(re
binning)」される。線源−頂点投影のデータ要素Psv
(φ,α)および検出器−頂点投影のPdv(β,γ)に
対しては Psv(φ,α)=Pdv(π+2α,−α) (2) 第5a図の領域74および72はそれぞれ第5b図の領域74′お
よび72′に写像(マッピング)される。
非らせんの第三世代の走査では、同じ径路に沿ってはい
るが逆方向にイメージング対象12を通って進む射線が同
様のデータを与えるという事実を使うことにより2π未
満の投影を含む「半走査」投影組から像を形成すること
ができる。類似の方法で、検出器−頂点半走査投影から
像を再構成することができる。詳しく述べると、検出器
−頂点投影組の任意の2つの点について、非らせん走査
で取得されるP1およびP2は次の関係で表わされる。
るが逆方向にイメージング対象12を通って進む射線が同
様のデータを与えるという事実を使うことにより2π未
満の投影を含む「半走査」投影組から像を形成すること
ができる。類似の方法で、検出器−頂点半走査投影から
像を再構成することができる。詳しく述べると、検出器
−頂点投影組の任意の2つの点について、非らせん走査
で取得されるP1およびP2は次の関係で表わされる。
P1(β,γ)=P2(β+π+2γ−γ) (3) この関係はらせん走査では正確には成立しない。イメー
ジング対象12はガントリ16の回転とともに動くので、逆
の角度の2つの射線21に対して得られる投影データは異
なる。それにも拘わらず、上記の式(3)は他のデータ
要素対に比べて非常に相関があると予想される投影相互
の間のデータ要素対を記述する。らせん走査から得られ
るデータに対する式(3)の関係は「冗長性」と呼ばれ
る。
ジング対象12はガントリ16の回転とともに動くので、逆
の角度の2つの射線21に対して得られる投影データは異
なる。それにも拘わらず、上記の式(3)は他のデータ
要素対に比べて非常に相関があると予想される投影相互
の間のデータ要素対を記述する。らせん走査から得られ
るデータに対する式(3)の関係は「冗長性」と呼ばれ
る。
第6a図に示すように、第5b図の検出器−頂点投影組は上
記の式(3)による対応する冗長データの2つの等しい
領域80および82に分割することができる。これらの領域
の各々を使って全検出器−頂点投影組71を再構成するこ
とができるので、各領域80,82も半走査となる。
記の式(3)による対応する冗長データの2つの等しい
領域80および82に分割することができる。これらの領域
の各々を使って全検出器−頂点投影組71を再構成するこ
とができるので、各領域80,82も半走査となる。
第四世代の検出器−頂点投影組に対する再構成方法では
完全な検出器−頂点投影組が必要となる。完全な検出器
−頂点投影組は2πの検出素子26にわたる投影で構成さ
れ、その各投影は2γmaxにわたって取得される射影を
含む。ここでγmaxはイメージング対象12の張る最大角
度できまる。第5aおよび第5b図を参照して説明すると、
線源−頂点投影の0<φ<2πの入れなおしは検出器−
頂点投影の0<β<2πを完全に充たさない。詳しく述
べると、領域76と表わされる領域2π>β>2π−2γ
および領域78と表わされる領域0<β<2γに対しては
部分的な投影しか得られない。
完全な検出器−頂点投影組が必要となる。完全な検出器
−頂点投影組は2πの検出素子26にわたる投影で構成さ
れ、その各投影は2γmaxにわたって取得される射影を
含む。ここでγmaxはイメージング対象12の張る最大角
度できまる。第5aおよび第5b図を参照して説明すると、
線源−頂点投影の0<φ<2πの入れなおしは検出器−
頂点投影の0<β<2πを完全に充たさない。詳しく述
べると、領域76と表わされる領域2π>β>2π−2γ
および領域78と表わされる領域0<β<2γに対しては
部分的な投影しか得られない。
したがって、像を再構成するための2πの検出器−頂点
投影を得るため、検出器−頂点データの別のところから
のデータが領域76および78に接合される。このような接
合されるデータは上記の冗長式(3)によって領域76お
よび78のなくなったデータと関連付けられることが好ま
しい。また再構成過程では使用されない領域からのデー
タを接合することが信号対雑音比の理由から好ましい。
2π<β<2π−2γである領域77および−2γ<β<
0である領域79はこれらの必要条件を満たす。したがっ
て、式(3)の関係に従って、また第6b図に示されるよ
うに、領域79のデータは領域76に接合され、領域77のデ
ータは領域78に接合される。
投影を得るため、検出器−頂点データの別のところから
のデータが領域76および78に接合される。このような接
合されるデータは上記の冗長式(3)によって領域76お
よび78のなくなったデータと関連付けられることが好ま
しい。また再構成過程では使用されない領域からのデー
タを接合することが信号対雑音比の理由から好ましい。
2π<β<2π−2γである領域77および−2γ<β<
0である領域79はこれらの必要条件を満たす。したがっ
て、式(3)の関係に従って、また第6b図に示されるよ
うに、領域79のデータは領域76に接合され、領域77のデ
ータは領域78に接合される。
上記の説明から明らかなように、同様の効果を得るため
他の領域を接合してもよい。たとえば、領域82のデータ
を2πだけ移すことによって領域82全体を領域80の上部
に接合してもよい。この場合も、正味の効果は2πの完
全な検出器−頂点投影が作成されることである。
他の領域を接合してもよい。たとえば、領域82のデータ
を2πだけ移すことによって領域82全体を領域80の上部
に接合してもよい。この場合も、正味の効果は2πの完
全な検出器−頂点投影が作成されることである。
データ組86を形成するように接合された2つの半走査80
および82のデータは、スライス平面からその変位に従っ
てそれらのデータを重み付けし、80および82の両方を単
一の2πの検出器−頂点投影組として再構成することに
より、スライス平面に対して補間および補外することが
できる。補間および補外に対して必要とされる重み付け
されたデータの加算は当業者には理解されるように像再
構成過程によって実行される。
および82のデータは、スライス平面からその変位に従っ
てそれらのデータを重み付けし、80および82の両方を単
一の2πの検出器−頂点投影組として再構成することに
より、スライス平面に対して補間および補外することが
できる。補間および補外に対して必要とされる重み付け
されたデータの加算は当業者には理解されるように像再
構成過程によって実行される。
接合される検出器−頂点投影組の各データ要素に対して
必要とされる補間および補外の重みは、上記の式(3)
によるその対応する冗長データ要素のスライス平面から
の距離に対する、データ要素のスライス平面からの距離
によってきまる。重み付けは冗長データ要素の値にそれ
ぞれの重みを乗算することによって行なわれる。
必要とされる補間および補外の重みは、上記の式(3)
によるその対応する冗長データ要素のスライス平面から
の距離に対する、データ要素のスライス平面からの距離
によってきまる。重み付けは冗長データ要素の値にそれ
ぞれの重みを乗算することによって行なわれる。
特に、任意の2つの冗長データ要素すなわちZ1における
データ要素P1(β1,γ1)およびZ2におけるデータ要素
P2(β2,γ2)の場合、Zspに於けるスライス平面に対
する線形の補間または補外のための点P1に対する重みW1
は次式で表わされる。
データ要素P1(β1,γ1)およびZ2におけるデータ要素
P2(β2,γ2)の場合、Zspに於けるスライス平面に対
する線形の補間または補外のための点P1に対する重みW1
は次式で表わされる。
また、データ要素Pに対する重みW2は次式で表わされ
る。
る。
W1=1−W2 (5) これらの重み計算では、第6b図の接合された検出器−頂
点投影組86の中の冗長データ要素を決める必要がある。
第6a図に於いて、領域80および82は式(3)により冗長
であり、したがって上記の式(4)および(5)による
別々の重み関数を必要とする。更に、接合動作により領
域80および82のデータ要素のいくつかが転置され、転位
を補償する付加的な独自の重み関数を必要とするような
転位されたデータの領域が生じる。
点投影組86の中の冗長データ要素を決める必要がある。
第6a図に於いて、領域80および82は式(3)により冗長
であり、したがって上記の式(4)および(5)による
別々の重み関数を必要とする。更に、接合動作により領
域80および82のデータ要素のいくつかが転置され、転位
を補償する付加的な独自の重み関数を必要とするような
転位されたデータの領域が生じる。
第6b図に示すように、接合動作の結果として0<β<2
πの接合データ組86の中に4つの領域が作られ、各領域
は異なる重みを必要とする。
πの接合データ組86の中に4つの領域が作られ、各領域
は異なる重みを必要とする。
領域 引数 1 2γ<β<π 2 π<β<2π−2γ 1′ β>2π−2γ 2′ β<−2γ 領域1′および2′は、第6b図で領域1および2として
表わされている組82および80の一部分としてのそれらの
起源を反映するように命名されている。領域1および
1′のデータは領域2および2′のデータに対して冗長
である。
表わされている組82および80の一部分としてのそれらの
起源を反映するように命名されている。領域1および
1′のデータは領域2および2′のデータに対して冗長
である。
対応する冗長データ要素の領域が識別された状態で、そ
れらの領域のデータ要素のzの値を決定しなければなら
ない。各データ要素のzの値は上記の式(1)による扇
状ビーム投影組の対応するデータ要素に対するφの値に
比例する。したがって、 z(β,γ)=kφ (6) =k(β+2γ)[式(2)により] (7) スライス平面のzの値は前に定めたようにk(π)であ
る。
れらの領域のデータ要素のzの値を決定しなければなら
ない。各データ要素のzの値は上記の式(1)による扇
状ビーム投影組の対応するデータ要素に対するφの値に
比例する。したがって、 z(β,γ)=kφ (6) =k(β+2γ)[式(2)により] (7) スライス平面のzの値は前に定めたようにk(π)であ
る。
領域1に対する重み関数W1(β,γ)は容易に決定する
ことができる。
ことができる。
同様に、領域2に対して重み係数は次式で表わされる。
領域1′に対する重み係数は領域1に対する重み係数と
同じであるが、接合手順の結果として2πだけ移され
る。したがって 領域2′に対しては、W2′は次式で表わされる。
同じであるが、接合手順の結果として2πだけ移され
る。したがって 領域2′に対しては、W2′は次式で表わされる。
領域1と2′との間の境界および領域1′と2との間の
境界は、上記のデータの補間のために使用される重み係
数が不連続であるため、不連続となる。これらの不連続
により最終の像に縞状の像アーチファクトが生じ得る。
それらの領域の界面近傍でW1,W1′,W2およびW2′のフェ
ザリン(feathering)を行なうことによって不連続をな
くすことができる。フェザリングは高さωの領域相互の
間の領域にわたって行なわれる。線源10の10個の増分が
張る角度に等しいωの値が充分であると考えられる。
境界は、上記のデータの補間のために使用される重み係
数が不連続であるため、不連続となる。これらの不連続
により最終の像に縞状の像アーチファクトが生じ得る。
それらの領域の界面近傍でW1,W1′,W2およびW2′のフェ
ザリン(feathering)を行なうことによって不連続をな
くすことができる。フェザリングは高さωの領域相互の
間の領域にわたって行なわれる。線源10の10個の増分が
張る角度に等しいωの値が充分であると考えられる。
詳しく説明すると、W1,W1′W2およびW2′にそれぞれの
フェザリング関数f1(β,γ),f1′(β,γ),f
2(β,γ)およびf2′(β,γ)が乗算され、積が投
影組全体のデータに印加される。
フェザリング関数f1(β,γ),f1′(β,γ),f
2(β,γ)およびf2′(β,γ)が乗算され、積が投
影組全体のデータに印加される。
ここで、 但し、 但し、 但し、 但し、 本発明の趣旨と範囲内にある上記実施例の多数の変形お
よび変更は当業者には容易に考え付くことができよう。
たとえば、他の補間または補外方法を使うことができ
る。これにはスライス平面のいずれかの側の半走査の前
後の付加的な半走査からのデータを使う方法や高次の補
間方法を使う方法などがある。更にこの方法はガントリ
がテーブルに対して一定速度で動かない場合にも使うこ
とができる。但し、各データ要素に関連したz軸位置を
決定することができなければならない。最後に、説明を
簡単にするため、スライス平面を横切るときガントリは
πラジアンに位置するものと仮定した。明らかに、どの
ような開始時のガントリ角度も可能である。但し、部分
投影組がスライス平面のガントリ位置を正しく基準とし
ていなければならない。また説明した補外方法はスライ
ス平面を半走査データ内に中心合わせする必要がないと
いうことを意味している。
よび変更は当業者には容易に考え付くことができよう。
たとえば、他の補間または補外方法を使うことができ
る。これにはスライス平面のいずれかの側の半走査の前
後の付加的な半走査からのデータを使う方法や高次の補
間方法を使う方法などがある。更にこの方法はガントリ
がテーブルに対して一定速度で動かない場合にも使うこ
とができる。但し、各データ要素に関連したz軸位置を
決定することができなければならない。最後に、説明を
簡単にするため、スライス平面を横切るときガントリは
πラジアンに位置するものと仮定した。明らかに、どの
ような開始時のガントリ角度も可能である。但し、部分
投影組がスライス平面のガントリ位置を正しく基準とし
ていなければならない。また説明した補外方法はスライ
ス平面を半走査データ内に中心合わせする必要がないと
いうことを意味している。
第1図は、ガントリ、テーブルおよびイメージング対象
を含む第四世代のCT装置の簡略斜視図であり、イメージ
ング対象、固定された検出器列および運動するx線源の
相対位置を示している。第2図は、運動する線源に対す
る検出素子の幾何学的配置およびそれらの相対的位置を
記述する変数を示す簡略配置図である。第3a図および第
3b図は、第1図のイメージング対象を図式的に表わした
斜視図であり、それぞれ一定z軸走査とらせん走査の場
合のイメージング対象に対するガントリとイメージング
平面の相対配向を表しており、らせん走査のピッチはわ
かりやすくするため誇張して示してある。第4図は、第
1図のCT装置に使用し得るCT制御システムのブロック図
である。第5a図は、第1図のCT装置に於いてらせん走査
で取得された2つの線源−頂点部分投影組の投影データ
に対応する引数φおよびαを表わしたグラフである。第
5b図は、第5a図の線源−頂点部分投影組を検出器−頂点
部分投影組に入れなおしたものを表わしたグラフであ
る。第6a図は、第5b図の入れなおした投影から分割され
た第1および第2の半走査を表わしたグラフである。第
6b図は、第1および第2の検出器−頂点半走査から接合
された360゜の検出器−頂点投影組を表わしたグラフで
ある。 (主な符号の説明) 10……線源、 12……イメージング対象、 14……スライス平面、 70……線源−頂点投影組、 72,74……部分的扇状ビーム投影組、 72′,74′……72,74の写像、 80,82……半走査。
を含む第四世代のCT装置の簡略斜視図であり、イメージ
ング対象、固定された検出器列および運動するx線源の
相対位置を示している。第2図は、運動する線源に対す
る検出素子の幾何学的配置およびそれらの相対的位置を
記述する変数を示す簡略配置図である。第3a図および第
3b図は、第1図のイメージング対象を図式的に表わした
斜視図であり、それぞれ一定z軸走査とらせん走査の場
合のイメージング対象に対するガントリとイメージング
平面の相対配向を表しており、らせん走査のピッチはわ
かりやすくするため誇張して示してある。第4図は、第
1図のCT装置に使用し得るCT制御システムのブロック図
である。第5a図は、第1図のCT装置に於いてらせん走査
で取得された2つの線源−頂点部分投影組の投影データ
に対応する引数φおよびαを表わしたグラフである。第
5b図は、第5a図の線源−頂点部分投影組を検出器−頂点
部分投影組に入れなおしたものを表わしたグラフであ
る。第6a図は、第5b図の入れなおした投影から分割され
た第1および第2の半走査を表わしたグラフである。第
6b図は、第1および第2の検出器−頂点半走査から接合
された360゜の検出器−頂点投影組を表わしたグラフで
ある。 (主な符号の説明) 10……線源、 12……イメージング対象、 14……スライス平面、 70……線源−頂点投影組、 72,74……部分的扇状ビーム投影組、 72′,74′……72,74の写像、 80,82……半走査。
Claims (6)
- 【請求項1】らせん走査で取得されたデータからイメー
ジング対象の断層撮影像を作成する方法であって、該デ
ータがz軸を中心としたイメージ平面の中の複数のガン
トリ角度φに於ける一連の線源−頂点投影として検出器
角度βの検出器で取得され、該線源−頂点投影が射線角
度αに於ける複数のデータを含んでいるような断層撮影
像作成方法に於いて、 a)イメージ平面と平行な、イメージング対象に対する
スライス平面Zspを定めるステップ、 b)2πの線源回転にわたって線源−頂点投影組のデー
タを取得するステップ、 c)上記の線源回転を行いながらz軸に沿ってイメージ
ング対象を動かすことにより、線源−頂点投影組の取得
中にイメージング平面がスライス平面を横切るようにす
るステップ、 d)線源−頂点投影組を検出器−頂点投影組に入れなお
すステップであって、この入れなおしによる該検出器−
頂点投影組には完全な検出器−頂点投影組と比べて冗長
データおよび欠落データがあるステップ、 e)上記の入れなおしによる検出器−頂点投影組を、各
々が冗長データ部分およびデータ欠落部分を含む2つの
半走査に分割するステップ、 f)少なくとも冗長データについてのガントリ角度を変
えて、各半走査の冗長データを他方の半走査の欠落デー
タとして用いることによって、2つの半走査相互の間で
データを接合することにより、2πの検出器角度にわた
る完全な検出器−頂点投影を作成するステップ、 g)半走査のデータに対して補外および補間を行なって
スライス平面の検出器−頂点投影組を得るステップ、お
よび h)スライス平面の検出器−頂点投影組を再構成してス
ライス像を得るステップ、を含むことを特徴とする断層
撮影像作成方法。 - 【請求項2】上記ステップ(g)の半走査のデータに対
する補外および補間が半走査に重み関数を印加すること
により行なわれ、この重み付けされた半走査を上記ステ
ップ(h)により再構成してスライス像を得る請求項1
記載の断層撮影像作成方法。 - 【請求項3】各半走査の中の冗長データ対に対する重み
関数は加算すると定数となり、このようなデータに対す
るどの重みもφの関数である請求項2記載の断層撮影像
作成方法。 - 【請求項4】半走査に対してフェザリング重みを印加す
るステップを含む請求項1記載の断層撮影像作成方法。 - 【請求項5】線源−頂点投影組の取得の中間でスライス
平面がイメージング平面を横切る請求項1記載の断層撮
影像作成方法。 - 【請求項6】らせん走査で取得されたデータからイメー
ジング対象の断層撮影像を作成する装置であって、該デ
ータがz軸を中心としたイメージ平面の中の複数のガン
トリ角度φに於ける一連の線源−頂点投影として検出器
角度βの検出器で取得され、該線源−頂点投影が射線角
度αに於ける複数のデータを含んでいるような断層撮影
像作成装置に於いて、 a)イメージ平面と平行な、イメージング対象に対する
スライス平面Zspを定める手段、 b)2πの線源回転にわたって線源−頂点投影組のデー
タを取得する手段、 c)上記の線源回転を行いながらz軸に沿ってイメージ
ング対象を動かすことにより、線源−頂点投影組の取得
中にイメージング平面がスライス平面を横切るようにす
る手段、 d)線源−頂点投影組を検出器−頂点投影組に入れなお
す手段であって、この入れなおしによる該検出器−頂点
投影組には完全な検出器−頂点投影組と比べて冗長デー
タおよび欠落データがある手段、 e)上記の入れなおしによる検出器−頂点投影組を、各
々が冗長データ部分およびデータ欠落部分を含む2つの
半走査に分割する手段、 f)少なくとも冗長データについてのガントリ角度を変
えて、各半走査の冗長データを他方の半走査の欠落デー
タとして用いることによって、2つの半走査相互の間で
データを接合することにより、2πの検出器角度にわた
る完全な検出器−頂点投影を作成する手段、 g)半走査のデータに対して補外および補間を行なって
スライス平面の検出器−頂点投影組を得る手段、および h)スライス平面の検出器−頂点投影組を再構成してス
ライス像を得る手段、を含むことを特徴とする断層撮影
像作成装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/440,566 US5208746A (en) | 1989-11-22 | 1989-11-22 | Method for helical scanning with a stationary detector using rebinning and splicing to create detector vertex projection sets |
| US440,566 | 1989-11-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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