３次元画像ボリュームの再構成方法およびＸ線装置
【課題】大きな関心領域の場合にもかつ３６０°を下回る走査軌道の場合にもアーチファクトのない再構成を可能にする関心領域の２次元投影画像から３次元画像ボリュームの再構成方法を提供する。
【解決手段】各２次元投影画像がそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像から１つの拡張された２次元投影画像に合成され、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像が焦点（１５）と関心領域（５）との間の一定の相対的位置において撮影され、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点（１５）および関心領域（５）が一定の相対的位置にて互いに異なって位置決めされかつ撮影システム（３；４）が焦点（１５）を中心にしてまたは焦点（１５）を通る回転軸線を中心にして異なって回転させられるように異なっている。
【解決手段】各２次元投影画像がそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像から１つの拡張された２次元投影画像に合成され、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像が焦点（１５）と関心領域（５）との間の一定の相対的位置において撮影され、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点（１５）および関心領域（５）が一定の相対的位置にて互いに異なって位置決めされかつ撮影システム（３；４）が焦点（１５）を中心にしてまたは焦点（１５）を通る回転軸線を中心にして異なって回転させられるように異なっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点を有するＸ線源と検出器とを備えた撮影システムが関心領域の周りを回転する間に撮影された関心領域の複数の２次元投影画像から３次元画像ボリュームを、画像ボリュームのボクセルのグレー値を投影画像の逆投影により算出することによって再構成する３次元画像ボリュームの再構成方法、ならびにこの種の方法を実施するためのＸ線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日におけるＣアーム装置による３次元コーンビーム再構成の場合に、撮影ジオメトリ（検出器寸法および焦点距離）によって規定される最大幅を上回る特定身体部位（例えば腹部または胸部）において、いわゆる広幅対象（ワイドオブジェクト）の問題が発生する。フィルタ逆投影による３Ｄ再構成のために重要な処理ステップは、検出器において水平に、またはほぼ水平に延びるラインに沿った投影データのフィルタ処理である。
【０００３】
（例えばランプフィルタまたはヒルベルトフィルタのように）フィルタ核の非局所的な性質に基づいて、たとえ関心領域（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ，ＲＯＩ）の一部分のみが再構成されるべきであっても、フィルタラインは検査範囲の全ての投影を通り抜けなければならず、遮断されてはならない。しかしながら、多くの撮影において、限られた検出器幅が関心領域のトランスアキシャルに遮断された投影をもたらす。なぜならば、関心領域を撮像視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ，ＦｏＶ）によって完全に網羅することができないからである。これは、これらの投影において遮断されたフィルタラインをもたらす。その結果、強い再構成アーチファクト、例えばいわゆるトランケーションアーチファクトが生じる。これらのアーチファクトは結果を歪曲し、専門的な診断を妨害し、困難にし、あるいは不可能にする。
【０００４】
いわゆる広幅対象の問題は、今日におけるフィルタ逆投影に基づいて動作する再構成アルゴリズム（ＦＢＰアルゴリズム）のほとんど全てに、すなわち大多数に関係する。これは、特に焦点の円状走査軌道のために設計されている公知のフェルドカンプアルゴリズム（例えば、非特許文献１参照）に対して当てはまる。最近の正確な再構成方法（例えば、非特許文献２および非特許文献３参照）は、走査のために拡張された軌道曲線（例えば、円および線、円および円弧）を要求するが、この問題も有する。したがって、広幅対象の問題に耐え得る解決策は、コンピュータ断層撮影における再構成問題の解決のための重要かつ主要な役割であった。
【０００５】
対象空間におけるフィルタ処理を逆投影後にはじめて実行しかつ投影データに対する局所的な計算ステップのみを許容する逆投影フィルタ処理（ＢＰＦ）法は、遮断された投影をある程度まで迂回することができる。これは、スパイラル状の軌道曲線の例（例えば、非特許文献４および非特許文献５参照）および円状の軌道曲線の例（例えば、非特許文献６参照）で具体的に説明されている。ＢＰＦの試みは、幾つかの事例において、遮断された投影の問題を解決し、検査範囲内の関心領域（ＲＯＩ）のアーチファクトのない再構成を可能にする。
【０００６】
更に、ＢＰＦの試みから導き出された類似の特性を有するＦＢＰ法が公知である（例えば、非特許文献７参照）。しかしながら、関心領域が撮像視野（ＦｏＶ）に制限されているので、この方法によってもしばしば完全な関心領域（例えば大きな患者の腹部）を再構成することができない。
【０００７】
しかし、撮像視野（ＦｏＶ）を拡張する方法も公知である。ここでは、検出器が光軸に関して対称でなくてある程度のずれをもって配置されている検出器ずらし法を例として挙げる（例えば、非特許文献８参照）。もちろん、検出器ずらし法は、少なくとも３６０°の角度範囲にわたる走査のための円状またはスパイラル状の軌道曲線を要求する。更に、この方法はコーンビームジオメトリにおいて近似的な撮像領域（ＦｏＶ）拡張を具現し、したがって大きなコーン角においてアーチファクトをもたらす。
【０００８】
類似の試みは遮断された投影データの見積もり法（外挿法）である。この方法では、欠けている線積分が、（例えば、コーン角が無視された状態で対向ビームの擬似冗長性のように）近似的な仮定に基づいて補足される（例えば、非特許文献９参照）。この方法の場合にも、３６０°の走査のための軌道曲線が必要である。特に、最後の方法はＦＤＫアルゴリズムの拡張として理解される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｌ．Ａ．Ｆｅｌｄｋａｍｐ，Ｌ．Ｃ．Ｄａｖｉｓ，Ｊ．Ｗ．Ｋｒｅｓｓ："Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ"，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．６，ｐｐ．６１２−６１９
【非特許文献２】Ａ．Ｋａｔｓｅｖｉｃｈ："Ｉｍａｇｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｉｒｃｌｅ ａｎｄ Ａｒｃ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ"，Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．５０，ｐｐ．２２４９−２２６５，Ａｐｒｉｌ ２００５
【非特許文献３】Ｊ．Ｐａｃｋ，Ｆ．Ｎｏｏ："Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ １Ｄ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ Ａｌｏｎｇ ｔｈｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｍ−Ｌｉｎｅｓ"，Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ，Ｖｏｌ．２１，ｐｐ．１１０５−１１２０，Ａｐｒｉｌ ２００５
【非特許文献４】Ｊ．Ｐａｃｋ，Ｆ．Ｎｏｏ，Ｒ．Ｃｌａｃｋｄｏｙｌｅ："Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｏｃａｌｌｙ Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ"，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．１，ｐｐ．７０−８５，Ｊａｎｕａｒｙ ２００５
【非特許文献５】Ｅ．Ｙ．Ｓｉｄｋｙ，Ｙ．Ｚｏｕ，Ｘ．Ｐａｎ："Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｄａｔａ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｒｎｓ ｗｉｔｈ Ｓｈｉｆｔ−Ｉｎｖａｒｉａｎｔ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｏｒ Ｈｅｌｉｃａｌ，Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ ＣＴ"、Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．５０，ｐｐ．１６４３−１６５７，２００５
【非特許文献６】Ｌ．Ｙｕ，Ｄ．Ｘｉａ，Ｙ．Ｚｏｕ，Ｘ．Ｐａｎ，Ｃ．Ｐｅｌｉｚｚａｒｉ，Ｐ．Ｍｕｎｒｏ："Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｔｒｕｎｃａｔｅｄ Ｄａｔａ ｉｎ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ ＣＴ"，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．５７４７，ｐｐ．４１２−４１８，２００５
【非特許文献７】Ｅ．Ｙ．Ｓｉｄｋｙ，Ｙ．Ｚｏｕ，Ｘ．Ｐａｎ："Ａ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｄａｔａ ＦＢＰ−Ｔｙｐｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ ＣＴ"，Ｅｉｇｈｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ Ｆｕｌｌｙ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｓａｌｔ Ｌａｋｅ Ｃｉｔｙ，Ｕｔａｈ，６−９ Ｊｕｌｙ，２００５
【非特許文献８】Ｖ．Ｌｉｕ，Ｎ．Ｒ．Ｌａｒｉｖｉｅｒｅ，Ｇ．Ｗａｎｇ："Ｘ−Ｒａｙ Ｍｉｃｒｏ−ＣＴ ｗｉｔｈ ａ Ｄｉｓｐｌａｃｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ａｒｒａｙ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｈｅｌｉｃａｌ ｃｏｎｅ−ｂｅａｍ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ"，Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１０，ｐｐ．２７５８−２７６１，Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００３
【非特許文献９】Ｐ．Ｓ．Ｃｈｏ，Ａ．Ｄ．Ｒｕｄｄ，Ｒ．Ｈ．Ｊｏｈｎｓｏｎ："Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ ＣＴ ｆｒｏｍ Ｗｉｄｔｈ−Ｔｒｕｎｃａｔｅｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ"，Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｇｒａｐｈｉｃｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１，ｐｐ．４９−５７，１９９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、大きな関心領域の場合にもかつ３６０°を下回る走査軌道の場合にもアーチファクトのない再構成を可能にする関心領域の２次元投影画像から３次元画像ボリュームの再構成方法を提供することにある。更に、本発明の課題はこの方法の実施に適したＸ線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
３次元画像ボリュームの再構成方に関する課題は、本発明によれば、焦点を有するＸ線源と検出器とを備えた撮影システムが関心領域の周りを回転する間に撮影された関心領域の複数の２次元投影画像から３次元画像ボリュームを、画像ボリュームのボクセルのグレー値を投影画像の逆投影により算出することによって再構成する３次元画像ボリュームの再構成方法であって、各２次元投影画像がそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像から１つの拡張された２次元投影画像に合成され、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像が焦点と関心領域との間の一定の相対的位置において撮影される３次元画像ボリュームの再構成方法において、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点および関心領域が一定の相対的位置にて互いに異なって位置決めされかつ撮影システムが焦点を中心にしてまたは焦点を通る回転軸線を中心にして異なって回転させられるように異なっていることにおよって解決される（請求項１）。
Ｘ線装置に関する課題は、本発明によれば、関心領域の２次元投影画像を撮影するためのＸ線源およびＸ線検出器を含む撮影システムと、２次元投影画像から３次元画像ボリュームを再構成するための制御および計算ユニットとを備え、撮影システムは、Ｘ線源とＸ線検出器との間における第１の回転中心の周りを回転可能であると共に、Ｘ線源の焦点における第２の回転中心を中心にしてまたはＸ線源の焦点を通る回転軸線を中心にして回転可能であることによって解決される（請求項１５）。
【００１２】
３次元画像ボリュームの再構成方法に関する本発明の有利な実施態様は次の通りである。
・それぞれ２つの個別投影画像が作成されて１つの拡張された投影画像に合成される（請求項２）。
・少なくとも２つの個別投影画像のそれぞれの回転角が一平面内に配置されている（請求項３）。
・焦点を中心とする撮影システムまたは関心領域のそれぞれの回転は、関心領域の周りにおける撮影システムの回転平面内にある（請求項４）。
・第１の個別投影画像は焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムの第１の回転角において撮影され、第２の個別投影画像は焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムの第２の回転角において撮影され、第１の回転角が負の第２の回転角に一致する（請求項５）。
・それぞれ合成される個別投影画像が０％よりも大きく５０％よりも小さい相互の重なりを有する（請求項６）。
・それぞれ合成される個別投影画像が０％よりも大きく１０％よりも小さい相互の重なりを有する（請求項７）。
・重なりが対象に依存して、特に対象の大きさに依存して設定される（請求項８）。
・投影画像の撮影順序は、先ず関心領域の周りにおける撮影システムの第１の回転循環において全ての第１の個別投影画像が撮影され、続いて関心領域の周りにおける撮影システムの第２の回転循環において全ての第２の個別投影画像が撮影されるように定められ、各第１の投影画像がそれぞれ１つの第２の投影画像と合成される（請求項９）。
・投影画像の撮影順序は、それぞれ１つの拡張２次元投影画像に合成されるそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像が関心領域の周りにおける撮影システムの唯一の回転循環においてそれぞれ直接的な続きで撮影されるように定められている（請求項１０）。
・投影画像を撮影するためにＸ線源から発生されるＸ線ビームがコーンビームの形状を有する（請求項１１）。
・投影画像を撮影するためにＸ線源から発生されるＸ線ビームがファンビームの形状を有する（請求項１２）。
・仮想検出器がＸ線検出器の検出器マトリックスのデカルト座標配置に基づいて構成されることによって、少なくとも２つの個別投影画像が合成される（請求項１３）。
・仮想検出器がフィルタラインの配置に基づいて構成されることによって、少なくとも２つの個別投影画像が合成される（請求項１４）。
【００１３】
本発明による方法では、１つの拡張投影画像に合成される２つの（またはそれよりも多い）異なる個別投影画像を作成することによって、限られた検出器面、従って限られた視野（ＦｏＶ）を拡張することができる。それによって関心領域（ＲＯＩ）全体が表示可能である。
【００１４】
それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点と関心領域との間の一定の相対的位置において撮影される。この場合に一定の相対的位置とは、関心領域における２つの点と焦点とによって規定される三角形が一定の大きさを有することであると理解すべきである。
【００１５】
更に、それぞれ少なくとも２つの個別の投影画像は、少なくとも２つの個別投影画像の照射のためのそれぞれのＸ線ビームが、連続して関心領域を網羅する拡張されたＸ線ビームに合成可能であるように選ばれている。
【００１６】
本発明の第１の実施態様によれば、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点および関心領域が位置固定である際に撮影システムが焦点を中心にしてまたは焦点を通る回転軸線を中心にして回転する回転角に関して異なっている。２次元投影画像を撮影するための撮影システムが一般に関心領域内に置かれる第１の回転中心の周りを回転し、このようにして焦点の異なる曲線点について投影画像が作成されると共に、Ｘ線源に、特にＸ線源の焦点に第２の回転中心が存在し、それゆえ各曲線点について少なくとも２つの個別投影画像が撮影可能である。
【００１７】
それによって、簡単かつ安価に、走査軌道曲線の全ての曲線点から２次元投影画像にて撮像（写像）可能でありかつアーチファクトなしに３次元に再構成可能である領域が拡張される。この場合に走査軌道曲線または軌跡はＸ線焦点の軌道によって規定される。
【００１８】
軌跡の各曲線点において２つの（または２つよりも多い）個別投影画像が作成される。個々の撮影間の相違は、撮影システムがＸ線源を中心にして、特にＸ線源の焦点を中心にして異なる回転角を取ることにある。したがって、Ｘ線源とＸ線検出器とからなる撮影システムのＸ線源を中心とする回転が、Ｘ線からの付加的な画像情報の獲得を可能にする。
【００１９】
それによって、個別投影画像間に、個別投影画像を補正により１つの大きな拡張された投影画像に合成するために利用することができるホモグラフィ関係が生じる。これはファンビームジオメトリにもコーンジオメトリにも当てはまる。このようにして検出器が仮想的に拡張され、部分的には本来の幅の何倍にも拡張される。このように拡大されたＦｏＶによって当該身体領域が完全に捕捉可能になる。
【００２０】
この場合にホモグラフィ（ｈｏｍｏｇｒａｐｈｙ）は、点が或る２Ｄ座標系から他の２Ｄ座標系へ移される写像規則である。２つ又はそれ以上の平面に１つのＸ線ビームが交差する場合に、異なる平面の対応する交点の間にホモグラフィ関係が存在する。点が均一な座標において表されるならば、この関係は線形写像ｘ'＝Ｈ'ｘとして公式化することができる。ただし、ｘは元の点を示し、ｘ'は変換された点を示し、３×３のマトリックスＨ'はホモグラフィ変換自体を示す。この場合に少なくとも２つの個別投影画像の合成は、実際のＸ線検出器に対して拡張された仮想検出器の構築とも呼ばれる。これは、本発明のどの代替策に基づいて２つ又はそれ以上の個別投影画像が撮影されたかには関係なく、当てはまる。
【００２１】
本発明の第２の代替策によれば、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点および撮影システムが位置固定である際に関心領域が焦点の周りをまたは焦点を通る回転軸線の周りを回転する回転角に関して異なっている。
【００２２】
本発明の第３の代替策によれば、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点および関心領域が一定の相対的位置にて互いに異なって位置決めされ撮影システムが焦点または焦点を通る回転軸線を中心にして回転させられる。
【００２３】
本発明による方法もしくは本発明による方法の選択的な形態は、一方では、限られた検出器面積のために従来可能でなかった腹部や胸部のような大きな身体領域のアーチファクトのない完全な再構成を可能にする。他方では、身体領域全体の一部しか再構成されない関心領域再構成の際に、遮断された投影画像が厄介な再構成アーチファクトを生じることを回避することができる。その上、本発明による方法は、遮断された投影画像がアーチファクトをひき起こすあらゆる再構成アルゴリズムと効果的に組み合わせ可能であり、これは拡張として理解されるべきである。これは、特に、今日のＣアーム装置において標準的に使用されるフェルドカンプ、デービスおよびクレスのアルゴリズムに対して当てはまる。なぜならば、これは円状走査軌道（軌跡）において水平なフィルタラインを有するからである。
【００２４】
本発明による方法と公知の（近似的または正確な）再構成アルゴリズムとの組み合わせにおける重要な利点は、これらの公知の再構成アルゴリズムの変更の必要性がないことにある。仮想検出器は前処理ステップとして構成されるとよい。すなわち、再構成に使用された拡張投影画像が本来の再構成の前に２つ又はそれ以上の個別投影画像から合成され、引続いて再構成に使用される。撮影プロトコル、すなわち個別投影画像の撮影順序だけを相応に変更することができる。更に、本発明による方法は平坦形ならびに湾曲形の検出器に適し、ファンビームジオメトリにもコーンジオメトリにも適用可能である。
【００２５】
安価な方法のために有利には、それぞれ正確に２つの個別値画像が作成されて１つの拡張投影画像に合成される。
【００２６】
本発明の一実施態様によれば、少なくとも２つの個別投影画像のそれぞれの回転角が一平面内に配置されている。これによって、拡張投影画像への投影画像の合成の簡単化が保証される。
【００２７】
少なくとも２つの個別投影画像の簡単な合成のために有利には、焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムまたは関心領域の回転は、ほぼ関心領域の周りにおける撮影システムの回転平面内にあり、これは関心領域の周りにおける撮影システムの回転平面に対して直交して焦点を通る回転軸線を中心とする回転（傾斜）と同じ意味を持つ。この場合に、第１の個別投影画像は焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムの第１の回転角において撮影され、第２の個別投影画像は焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムの第２の回転角において撮影され、第１の回転角が負の第２の回転角に一致するならば、特に有利であることが分かった。この場合に基準点は、Ｘ線源の焦点からＸ線検出器への垂線が撮影システムの回転軸線に交差することによって規定される中心位置にある。
【００２８】
本発明の他の実施態様によれば、それぞれ合成される個別投影画像が０％よりも大きく５０％よりも小さい、特に１０％よりも小さい相互の重なりを有する。０％よりも大きい重なりによって個別投影画像の合成が簡単化される。なぜならば、重複して測定される画像点に基づいて不安定性またはずれの際に調整および平滑化を行なうことができる。同時に５０％、特に１０％よりも小さい重なりによって、患者が不必要に放射に曝されることが回避される。
【００２９】
本発明の他の構成によれば、重なりが対象に依存して、特に対象の大きさに依存して設定される。これによって、対象において利用されないで通り過ぎるＸ線を対象の高さおよび幅に応じてできるだけ少なくするならば、Ｘ線の特に良好な利用率が達成される。
【００３０】
異なる曲線点に対する個別投影画像の撮影順序に関しては、またしても２つの有利な実施態様が可能である。撮影順序に関する第１の実施態様によれば、投影画像の撮影順序は、関心領域の周りにおける撮影システムの第１の回転循環において全ての第１の個別投影画像が撮影され、続いて関心領域の周りにおける撮影システムの第２の回転循環において全ての第２の個別投影画像が撮影されるように定められ、各第１の投影画像がそれぞれ１つの第２の投影画像と合成される。
【００３１】
撮影順序に関する第２の実施態様によれば、投影画像の撮影順序は、それぞれ１つの拡張２次元投影画像に合成されるそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像が関心領域の周りにおける撮影システムの唯一の回転循環においてそれぞれ直接的な続きで撮影されるように定められている。
【００３２】
本発明による第１の代替策における方法を実施するのに適したＸ線装置は、関心領域の２次元投影画像を撮影するためのＸ線源およびＸ線検出器を含む撮影システムと、２次元投影画像から３次元画像ボリュームを再構成するための制御および計算ユニットとを備え、撮影システムは、Ｘ線源とＸ線検出器との間における第１の回転中心の周りを回転可能であると共に、Ｘ線源の焦点における第２の回転中心を中心にしてまたはＸ線源の焦点を通る回転軸を中心にして回転可能である。
【００３３】
本発明による第２の代替策における方法を実施するために適したＸ線装置は、関心領域の２次元投影画像を撮影するためのＸ線源およびＸ線検出器を含む撮影システムと、関心領域を寝かせるための空間的に３次元移動可能な、特に焦点の周りに回転可能な寝台装置と、２次元投影画像から３次元画像ボリュームを再構成するための制御および計算ユニットとを備え、撮影システムはＸ線源とＸ線検出器との間における第１の回転中心の周りを回転可能である。
【００３４】
本発明による第３の代替策における方法を実施するために、第２の代替策を実施するためのＸ線装置と類似のＸ線装置が適し、この場合には寝台装置が焦点の周りを回転可能であることは必要でなく、撮影システムの回転平面内において２次元に移動可能でなければならない。
【００３５】
特に好ましくは、本発明による方法は、撮影システムが直接にまたは支持体を介して産業ロボットもしくは多関節アームロボットに配置されているＸ線装置、または寝台装置が産業ロボットもしくは多関節アームロボットに配置されているＸ線装置により実施される。この種のＸ線装置により空間内における任意の動きが簡単に実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術に基づくＣアームＸ線システムの平面図
【図２】患者の遮断された投影のジオメトリ図
【図３】患者の遮断された投影のジオメトリ図
【図４】本発明にしたがって互いに隣接する２つの投影から合成された拡張投影のジオメトリ図
【図５】本発明にしたがって互いに隣接する２つの投影から合成された拡張投影のジオメトリ図
【図６】本発明にしたがって部分的に重ね合わされた２つの投影から合成された拡張投影のジオメトリ図
【図７】本発明にしたがって部分的に重ね合わされた２つの投影から合成された拡張投影のジオメトリ図
【図８】本発明による３次元画像ボリュームの再構成方法を示すブロック図
【図９】円状曲線軌道についての撮影プロトコルの説明図
【図１０】円状曲線軌道についての他の撮影プロトコルの説明図
【図１１】円状曲線軌道についての別の撮影プロトコルの説明図
【図１２】異なる回転角による撮影システムの２つの投影方向を有する軌道曲線の一部を示す説明図
【図１３】本発明によるＸ線システムの概略図
【図１４】本発明による他のＸ線システムの概略図
【図１５】第１の位置にある関心領域を有する投影ジオメトリ図
【図１６】第２の位置にある関心領域を有する投影ジオメトリ図
【図１７】関心領域の異なった回転角とともに撮影システムの２つの投影方向を有する軌道曲線の一部を示す投影ジオメトリ図
【図１８】関心領域も撮影システムも移動される場合の投影ジオメトリ図
【図１９】関心領域も撮影システムも移動される場合の他の投影ジオメトリ図
【図２０】関心領域も撮影システムも移動される場合の２つの回転循環の一部を示す投影ジオメトリ図
【図２１】個別投影画像と仮想検出器との関係の説明図
【図２２】検出器に基づく仮想検出器の構成原理の説明図
【図２３】フィルタラインに基づく仮想検出器の構成原理の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下において、図面に概略的に示された実施例に基づいて本発明および従属請求項の特徴による他の有利な構成を、これらの実施例への本発明の限定が行なわれることなしに詳細に説明する。
【００３８】
図１には概略的にＣアームＸ線システム１が示されている。Ｘ線システム１はＣアーム２を有し、Ｃアーム２には互いに対向してＸ線源３およびＸ線検出器４が一般には固定の向きで固定されている。Ｘ線検出器４は例えば固体基板上における平坦形または湾曲形Ｘ線検出器４である。このようなＸ線検出器４は、例えば、シンチレータとピクセル素子を持った検出器マトリックスとを有する。Ｘ線源３はＸ線ビーム１３を発生する。Ｃアームは、例えば第１の回転軸線１１の周りを矢印方向１２に回転させられることによって、患者用寝台６上に存在する関心領域５、例えば患者の周りを回転（傾斜）可能である。撮影システムのそれぞれの投影方向から種々の角度位置について２Ｄ投影画像が撮影される。この場合に関心領域５は、中心点が回転軸線１１上に位置するように配置されている。
【００３９】
このようにして得られた２Ｄ投影画像は制御および計算ユニット７に転送される。制御および計算ユニット７は少なくとも１つのデータメモリ８とプロセッサ等を備えた１つの計算モジュール９とを含む。投影画像を３Ｄボリュームへ再構成することは、制御および計算ユニット７において、例えばフィルタ逆投影による、または逆投影およびフィルタ処理による公知の方法に基づいて行なわれる。撮影された投影画像ならびに場合によっては再構成された画像ボリュームを画面１０において観察することができる。
【００４０】
図２および図３は、湾曲形Ｘ線検出器４．１および平坦形Ｘ線検出器４．２の例でそれぞれ、従来技術に基づく関心領域５の２次元投影画像から３次元画像ボリュームを再構成する方法における関心領域５の遮断された投影の問題を示す。この問題は、遮断されたフィルタラインのために、撮像すべき関心領域５の３Ｄボリュームをアーチファクトなしに再構成することができないという結果をもたらす。Ｘ線ビーム１３がＸ線源３の焦点１５から放射方向１６に出射して関心領域５を透過し、Ｘ線検出器４に入射する。Ｃアーム２の３６０°の完全な一回転の際に焦点１５の軌跡は軌道曲線１４を描く。関心領域５の部分は、軌道曲線１４のどの曲線点からもＸ線ビーム１３によって捕捉されるわけではなく、若干の曲線点については遮断される。この場合に、投影中心１７は、あらゆる任意の曲線点においてＸ線ビーム１３によって捕捉される範囲を表す。
【００４１】
図４ないし図１２に基づいて、本発明による方法の第１の代替策を具体的に説明する。この代替策の場合には２つ又はそれ以上の個別の合成された投影画像が走査軌道１４上の焦点１５の固定位置において撮影される。図１３および図１４は第１の代替策における方法の実施に適した２つのＸ線装置を示す。
【００４２】
図４ないし図７は、Ｘ線源３および特にＸ線源３の焦点１５を中心とする撮影システムの回転角度に関して異なる２つの個別投影画像を、１つの特定曲線点について１つの拡張された投影画像に合成することによって、仮想的に拡張された検出器２０を生じる、本発明による方法に使用されるＸ線検出器の仮想拡張を示す。この場合に、図２および図３と同様に、湾曲形Ｘ線検出器４．１の例（図４および図６）および平坦形Ｘ線検出器４．２の例（図５および図７）が示されている。それぞれのＸ線検出器４およびＸ線源３は互いに固定的に位置合わせされている。
【００４３】
図４は、１つの特定曲線点について、Ｘ線源３の焦点１５を中心とする撮影システムの回転角度に関して異なる２つの位置で、Ｘ線源３および湾曲形Ｘ線検出器４．１からなる撮影システムを示す。Ｘ線源３の焦点１５を中心とする撮影システムの回転は例えば第２の回転方向１８に行なわれる。撮影システムのそれぞれの投影方向１６が相応の矢印によって示されている。本発明による方法では、撮影システムの両投影方向１６のそれぞれについて１つの投影画像が撮影され、引続いて１つの拡張された投影画像（拡張投影画像）に合成される。
【００４４】
Ｘ線検出器４のこの仮想拡張によって、撮影システムのそれぞれの投影方向１６を適切に選定すると、関心領域５は軌道曲線１４のどの曲線点からも完全に両Ｘ線ビーム１３から成る拡張Ｘ線ビームにより投影中心１７において捕捉可能であるので、遮断された投影はもはや存在しない。２つよりも多い投影画像を１つの拡張投影画像に合成することもできる。
【００４５】
図１２は、Ｘ線源３の焦点１５を中心とする第２の回転方向１８への撮影システムの回転と、撮影システムの異なる回転角による、すなわち撮影システムの第１の回転角αおよび撮影システムの第２の回転角βによる撮影システムのそれぞれの投影方向１６とを拡大して示す。この場合に、（図１２に示されている）中心位置に対して撮影システムの第１の回転角αが負の第２の回転角βに等しいならば、特に有利である。
【００４６】
図４は、図６と違って、Ｘ線ビーム１３が重ならないかまたはほとんど重ならないで、同一平面上で接している、撮影システムの２つの個別の投影方向１６のケースを示す。このようなケースにおいては、特に大きな関心領域が撮像可能であり、複数の個々の投影画像（個別投影画像）を１つの拡張投影画像へ合成することが容易になる。図６においては、個々の投影画像が部分的に重なり合うように撮影システムの投影方向１６が選定されている。これは、例えば画像処理アルゴリズムによる現実の軌道曲線の較正のために有意義である。重なり範囲は、Ｘ線線量を少なくするために、再構成時に適切なコリメーションによって再び零に低減されるとよい。
【００４７】
図５および図７は、図４および図６に対応して平坦形Ｘ線検出器４．２のケースを示す。このケースでは個別投影画像は補正により合成されなければならない。合成された投影画像において一様な分解能を可能にする湾曲形Ｘ線検出器４．１と違って、平坦形Ｘ線検出器を使用する場合には、拡張投影画像における分解能が縁部に向かって低下することが考慮されて、評価に取り込まれなければならない。
【００４８】
本発明による３次元画像ボリュームの再構成方法では、画像ボリュームのボクセルのグレー値が拡張投影画像の逆投影によって算出される。このために、あらゆる公知の再構成アルゴリズム、例えばフェルドカンプアルゴリズムを使用することができる。拡張投影画像の使用によって、再構成可能な領域を著しく拡張することができるので、大きな身体領域もアーチファクトなしに３次元表示可能である。
【００４９】
図８は第１のステップ２１、第２のステップ２２および第３のステップ２３からなる本発明による方法を示す。第１の方法ステップ２１においては、例えば第１の代替策に基づいて、異なる曲線点ごとにそれぞれ２つの投影画像が撮影されて記憶される。この場合に２つの投影画像はＸ線源の焦点を中心とする撮影システムの回転角に関して異なっている。第２のステップ２２においては、各曲線点について２つの投影画像が１つの拡張投影画像に合成される。これは例えば制御および計算ユニット７において実行される。引続いて第３のステップ２３において、拡張された２次元投影画像からの患者の３次元画像ボリュームの再構成が公知の再構成アルゴリズムに基づいて行なわれる。これは同様に制御および計算ユニット７において実行可能である。
【００５０】
図９乃至図１１は異なる２次元投影画像を撮影するための円状曲線軌道についての種々の可能な撮影プロトコルを示す。図９には、撮影システムが関心領域５の周りを３６０°回転する際に、唯一の回転循環において模範的に８つの曲線点２４が相前後して到達され、各曲線点で順番に第１の投影画像および第２の投影画像を撮影する撮影プロトコルが示されている。このために各曲線点においてそれぞれ、Ｘ線源の焦点を中心とする撮影システムの回転が必要である。図１１は図９と類似の撮影プロトコルを示し、この場合には、（例えば、ショートスキャンまたはスーパーショートスキャンのように）関心領域の周りにおける撮影システムの回転は２２５°またはそれよりも少ない角度しか行なわれない。部分円を走行することもできることが、（例えば、検出器ずらしのような）他の試みに比べて、本発明による方法の有利性を際立たせる。
【００５１】
図１０においては、撮影システムが関心領域５の周りを３６０°回転する際に模範的に８つの曲線点２４が第１の回転循環にて相次いで到達され、各曲線点で第１の投影画像が撮影される。引続いてＸ線源の焦点を中心として撮影システムが回転し、そして全ての曲線点２４が第２の回転循環にて逆の順序で相次いで到達され、各曲線点で第２の投影画像が撮影される。この原理は（例えばスパイラル、円および線、円および円弧のような）他の軌道曲線に有利に転用することができる。
【００５２】
対象に依存した重なりは、例えば、関心領域の寸法が少なくともほぼ既知である場合に調整することができる。例えば、僅かのＸ線線量による１つ又は複数の予備撮影によって関心領域の寸法を決定し、引続いて重なりを手動または自動で調整することができる。投影の重なり範囲においては測定データが平均化され、このことは測定値の標準偏差の低減つまりノイズ低減を生じる。
【００５３】
図１３は本発明の実施例として他のＣアームＸ線装置３０を示す。このＣアームＸ線装置３０は、従来技術によるＸ線装置１とは、関心領域５の周りにおけるＣアーム２の回転のほかにＸ線源３およびＸ線検出器４からなる撮影システムが共通に放射源３の焦点１５における第２の回転中心を中心にして回転可能である点で相違する。特に、撮影システムはＣアーム２の回転平面内で回転可能である。
【００５４】
図１３は、休止位置のほかに、撮影システムがＣアーム平面においてＸ線源３の焦点を中心としてそれぞれある角度（＞０）だけ回転させられている他の２つの位置を破線で示す。制御および計算ユニット７はその回転の制御に使用することができる。Ｘ線源３は例えば傾斜可能に取り付けられている。Ｘ線検出器４はレール２５上にこのレールに沿って移動可能であるように取り付けられている。撮影システムは、本発明による方法の効果的な利用のために、Ｘ線源３を中心にして両方向に少なくとも５°回転可能であるべきである。この種のシステムにおいて、Ｘ線源およびＸ線検出器が互いに一定の距離および同じままに保たれる方位を有するように考慮されなければならない。本発明の他の実施形態によれば、撮影システムが放射源、特に放射源の焦点における第２の回転中心を中心にして回転可能であるコンピュータ断層撮影Ｘ線装置が設けられている。
【００５５】
本発明による方法は、例えばＣアームＸ線装置によって発生されるコーンビーム形状のＸ線ビームに対しても、コンピュータ断層撮影Ｘ線装置によって発生されるファンビーム形状のＸ線ビームに対しても有利に使用可能である。
【００５６】
図１４は本発明の実施形態としてロボット式Ｘ線装置３１を示す。このロボット型Ｘ線装置においては、撮影システムを支持するＣアーム２がいわゆる多関節アームロボット３２に配置されている。例えば自動車の工業生産において標準的に使用されるこのような多関節アームロボット３２は、例えば６つの回転軸を有し、それによって空間内でのあらゆる任意の動きが可能である。制御および計算ユニット７は、またしてもＸ線源３の焦点１５を中心とする撮影システムの回転の制御に使用される。例えば操作者によって関心領域の高さおよび幅が制御および計算ユニット７に伝達され、制御および計算ユニット７が関心領域の完全な撮像に必要な回転角を算出する。引続いて制御および計算ユニット７が多関節アームロボット３２およびＣアーム２のひき続く動きを制御する。
【００５７】
ロボット式Ｘ線装置３１により、Ｃアーム２の回転平面における回転角だけでなく、例えばその回転平面に対して垂直な平面における回転角またはＸ線検出器上の中心位置へのＸ線源の垂線と交差する他の平面における回転角が、関心領域のどの部分を撮影すべきかに応じて可能である。一般に、引続いて合成される少なくとも２つの個別投影の回転角が一平面内にあることが好ましい。
【００５８】
本発明による方法の第２の代替策において、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点１５および撮影システムが位置固定である際に関心領域５が焦点１５の周りにまたは焦点１５を通る回転軸の周りに回転する回転角に関して異なる。したがって、第１の代替策におけると同様に、焦点１５の各曲線点において２つの（または２つよりも多い）個別投影画像が撮影され、引続いて１つの拡張投影画像に合成される。異なる個別投影画像のために、関心領域５がＸ線源３の焦点１５の周りを回転させられる。その際に焦点１５に対する関心領域５の相対的位置は同じままである。
【００５９】
図１５は第１の個別投影画像が撮影される関心領域５の第１の位置を示し、図１６は第２の個別投影画像が撮影される関心領域５の第２の位置を示す。それぞれの回転角は、焦点１５の周りに関心領域５が回転させられる場合に、焦点１５から関心領域５の中心点３３への投影方向３４に関係する。回転角零点として、例えばＸ線検出器４への焦点１５の垂線が使用されるとよい。
【００６０】
図１７は、焦点１５から関心領域５の中心点３３への両投影方向３４を模範的に示し、例えば関心領域５の第１の位置において関心領域５の第１の回転角χが生じ、関心領域５の第２の位置において関心領域５の第２の回転角δが生じる。引続いて投影画像が合成され、通常のように再構成される。
【００６１】
焦点の周りにおける関心領域５の回転移動は、空間内で任意に移動可能な寝台装置、例えば移動可能な患者用テーブル３６によって実行される。空間内において、つまり６つの自由度をもって移動可能な患者用テーブル３６の移動は、例えば特に、移動可能な患者用テーブルが配置されている６軸の多関節アームロボットによって行なわれる。患者が移動可能な患者用テーブル３６上にしっかり固定されるように考慮すべきである。なぜならば、患者用テーブル３６が回転するからである。
【００６２】
本発明による方法のこの代替策の場合にも、１つの回転循環内において到達された各曲線点で、交互に２つの個別投影画像が、その間に焦点１５の周りで行なわれる関心領域５の回転をともなって撮影されるか、又は、先ず１つの回転循環において全ての曲線点についてそれぞれ第１の投影画像が撮影され、引続いて回転後に第２の回転循環において全ての曲線点についてそれぞれ第２の投影画像が撮影される。更に、この場合にも個別投影画像の部分的な重なりを設けてもよい。
【００６３】
本発明の第３の代替策では、第１の個別投影画像における関心領域５も撮影システムも第２の個別投影画像に比べて異なる位置を持つが、焦点１５と関心領域５との間の相対的位置は一定である。焦点１５は、走査軌道上における両位置にあって、もちろん同一の個所になく、焦点１５の両位置間の接続区間４０は関心領域５の中心点３３の両位置間の接続区間４１に対して平行でありかつ同じ長さを有する。したがって、２つよりも多い投影画像が合成される場合には、相応のことが他の個別投影画像について当てはまる。
【００６４】
図１８は、焦点１５と模範的に平坦形Ｘ線検出器４．２とによって表示された撮影システムならびに関心領域５を、第１の個別投影画像が撮影される第１の位置（実線）および第２の個別投影画像が撮影される第２の位置（鎖線）に示す。第１の個別投影画像および第２の個別投影画像が引続いて１つの拡張投影画像に合成され、他の拡張投影画像と共に通常のように再構成される。
【００６５】
焦点１５と関心領域５との間の相対的位置は両位置において同じであり、これは、関心領域５内の任意に選択された２つの固定点と焦点１５とによって設定される３角形が第１の位置（第１の個別投影画像）および第２の位置（第２の個別投影画像）において同じ大きさを有することを意味する。更に、第１の位置と第２の位置との間の幾何学的関係は次のとおりである。第１の位置の関心領域５が第２の関心領域５と一致させられたとするならば、焦点１５を中心とする撮影システムの回転から第２の位置における撮影システムが生じる。図１９は、同様に、第１の個別投影画像を撮影するための第１の位置（実線）および第２の個別投影画像を撮影するための第２の位置（鎖線）を示し、第１の投影画像および第２の投影画像は引続いて合成可能である。
【００６６】
第３の代替策は、第１の代替策に比べて、回転軸１１の周りにだけ回転可能である従来のＣアームＸ線装置によっても実施可能であるという利点を有し、しかし付加的に位置調整可能な患者用テーブルが存在する。第３の代替策は、第２の代替策に比べて、関心領域５を受入れる患者用テーブルがＣアーム平面内だけで２次元に移動可能であればよく、傾斜させられる必要がなく、それによって患者の支え（横たえ）が明らかに簡単化されているという利点を有する。
【００６７】
図２０は、２つの回転循環からの部分を３つずつ示し、この場合に投影画像の撮影順序は次のとおりである。すなわち、先ず、関心領域の周りにおける撮影システムの第１の回転循環（実線、図の上側）の際に第１の個別投影画像の全てが撮影され、引続いて関心領域の周りにおける撮影システムの第２の回転循環（鎖線、図の下側）の際に第２の個別投影画像の全てが撮影される。撮影に引続いて、各第１の投影画像とそれぞれに対応する第２の投影画像とが合成される。回転循環は３６０°以下であってよい。
【００６８】
投影画像の撮影順序は次のとおりであってもよい。すなわち、それぞれ１つの拡張２次元投影画像に合成されるそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像が、関心領域の周りにおける撮影システムの唯一の回転循環においてそれぞれ直接的な続きで撮影される。
【００６９】
本発明の第２および第３の代替策においても、合成すべき個別投影画像が部分的に重ねられてもよいし、同一平面上で互いに接していてもよい。
【００７０】
少なくとも２つの投影画像を１つの拡張投影画像に合成するためには、いわゆる仮想検出器を構成することが好ましく、仮想検出器は付加的に撮影システムおよび対象の空間的な位置および配置を記述する。仮想検出器の構築のために２つの方法が使用される。第１の方法は検出器に基づいて、つまりＸ線検出器の検出器マトリックスのデカルト座標配置を基礎として実施され、第２の方法はフィルタラインに基づいて、つまりフィルタラインの配置を基礎として実施される。
【００７１】
図２１に示されているように、仮想検出器２０における、つまり合成された拡張投影画像における点ｘi，ｘjと、第１の個別投影画像Ｉ'および第２の個別投影画像Ｉ"における点ｘi'，ｘj"との間において、ホモグラフィＨ'，Ｈ"、すなわち第１の個別投影画像Ｉ'に関連づけられた第１のホモグラフィＨ'および第２の個別投影画像Ｉ"に関連づけられた第２のホモグラフィＨ"によって、次の関係が定義される。
（ａ）ｘi'＝Ｈ' ｘi
（ｂ）ｘj"＝Ｈ" ｘj
【００７２】
検出器におけるラインいわゆるフィルタラインに沿ってＦＢＰアルゴリズムにおいて実行すべきフィルタ処理に関しては、特に新しい再構成方法が傾斜したフィルタラインを規定することから、フィルタラインの配置（フィルタライン方式）に基づいて、かつ検出器マトリックスのデカルト配置（検出器方式）に基づかないで、仮想検出器を構築することが有意義である（図２３）。
【００７３】
仮想検出器のフィルタラインに基づく構成は、フィルタラインに沿った値が方程式（ａ），（ｂ）により第１の個別投影画像Ｉ'および第２の個別投影画像Ｉ"から直接に算出可能であり、それによって仮想検出器２０からのこれらの値の後の補間が回避されるという利点を有する。
【００７４】
フィルタライン方式は、検出器方式と違って、もはや再構成の独立したステップとして理解することができない。なぜならば、フィルタラインの位置が加えられなければならず、フィルタラインの位置が再構成アルゴリズムに依存するからである。しかしながら、再構成のフィルタラインに基づく試みは、傾斜したフィルタラインの場合に補間時の個数を減らし、多くの場合に再構成時に計算時間に関しても達成可能な位置分解能に関しても検出器方式よりも好まれる。ＦＤＫアルゴリズムにおいては、フィルタライン方式および検出器方式が同じ意味を持つ。なぜならば、この場合には検出器列がフィルタラインと一致するからである。したがって、検出器に基づく試みは、フィルタラインに基づく試みの特殊事例、すなわちフィルタラインが検出器ラスタ上にある特殊事例とみなすことができる。
【００７５】
第１のホモグラフィＨ'および第２のホモグラフィＨ"は、第１の投影画像Ｉ'と仮想検出器２０との間ならびに第２の投影画像Ｉ"と仮想検出器２０との間の図２１に示された幾何学的関係を規定する。ホモグラフィＨ'，Ｈ"により、第１の投影画像Ｉ'の点ｘi''および第２の投影画像Ｉ"の点ｘj"の位置における必要なグレー値が個別投影画像Ｉ'，Ｉ"から取り出される。点ｘi'，ｘj"の撮像（写像）ｘi，ｘjは、一般にもはや検出器ラスタ上になく、そのためにこれらの位置におけるグレー値は存在する隣接値からの補間、例えばバイリニア補間によって求められる。個別投影画像Ｉ'，Ｉ"の重なり範囲は仮想検出器２０においてハッチングで強調されている。
【００７６】
図２２は任意の検出器列の例における検出器に基づく試みを示し、図２３は任意のフィルタラインに基づく試みを示す。黒く塗りつぶされた点は、それぞれ個別投影画像Ｉ'およびＩ"のグレー値からの補間によってグレー値が決定された仮想検出器２０上の位置を示す。中空の点はそれぞれ個別投影画像上の位置を示す。第１の投影画像Ｉ'と第２の投影画像Ｉ"との重なり範囲（ハッチング範囲）においては適切な補間方法が適用されるべきである。なぜならばこの場合には両個別投影画像からのグレー値が存在するからである。
【００７７】
破線による点の象徴的な接続は、ホモグラフィＨ'，Ｈ"がライン上に再びラインを写像することを具体的に示す（もちろん、点（およびそれにともなう走査）の間隔がラインに沿って変化する。）。同様に、検出器に基づく試みがフィルタラインに基づく試みの特殊事例であること、すなわち水平ラインに沿ったフィルタ処理が行なわれる場合の特殊事例であることが明らかである。
【００７８】
本発明は、次のように要約される。大きな関心領域の場合および３６０°を下回る走査軌道の場合にもアーチファクトのない再構成を可能にするために、焦点を有するＸ線源と検出器とを備えた撮影システムが関心領域の周りを回転する間に撮影された関心領域の複数の２次元投影画像から３次元画像ボリュームを、画像ボリュームのボクセルのグレー値を投影画像の逆投影により算出することによって再構成する方法において、各２次元投影画像がそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像から１つの拡張された２次元投影画像に合成され、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像が焦点と関心領域との間の一定の相対的位置において撮影される。
【符号の説明】
【００７９】
１ ＣアームＸ線システム
２ Ｃアーム
３ Ｘ線源
４ Ｘ線検出器
４．１ 湾曲形Ｘ線検出器
４．２ 平坦形Ｘ線検出器
５ 関心領域
６ 患者用寝台
７ 制御および計算ユニット
８ データメモリ
９ 計算モジュール
１０ 画面
１１ 回転軸線
１２ 回転方向
１３ Ｘ線ビーム
１４ 軌道曲線
１５ 焦点
１６ 放射方向（投影方向）
１７ 投影中心
１８ 回転方向
２０ 仮想検出器
２１ 第１のステップ
２２ 第２のステップ
２３ 第３のステップ
２４ 曲線点
２５ レール
３０ ＣアームＸ線装置
３１ ロボット式Ｘ線装置
３２ 多関節アームロボット
３３ 関心領域の中心点
３４ 投影方向
３６ 移動可能な患者用テーブル
４０ 焦点の両位置間の接続区間
４１ 関心領域の中心点の両位置間の接続区間
α 第１の回転角
β 第２の回転角
χ 第１の回転角
δ 第２の回転角
Ｈ' 第１のホモグラフィ
Ｈ" 第２のホモグラフィ
Ｉ' 第１の投影画像
Ｉ" 第２の投影画像
ｘi 拡張投影画像における点
ｘj 拡張投影画像における点
ｘi' 第１の個別投影画像Ｉ'における点
ｘj" 第２の個別投影画像Ｉ"における点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点を有するＸ線源と検出器とを備えた撮影システムが関心領域の周りを回転する間に撮影された関心領域の複数の２次元投影画像から３次元画像ボリュームを、画像ボリュームのボクセルのグレー値を投影画像の逆投影により算出することによって再構成する３次元画像ボリュームの再構成方法、ならびにこの種の方法を実施するためのＸ線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日におけるＣアーム装置による３次元コーンビーム再構成の場合に、撮影ジオメトリ（検出器寸法および焦点距離）によって規定される最大幅を上回る特定身体部位（例えば腹部または胸部）において、いわゆる広幅対象（ワイドオブジェクト）の問題が発生する。フィルタ逆投影による３Ｄ再構成のために重要な処理ステップは、検出器において水平に、またはほぼ水平に延びるラインに沿った投影データのフィルタ処理である。
【０００３】
（例えばランプフィルタまたはヒルベルトフィルタのように）フィルタ核の非局所的な性質に基づいて、たとえ関心領域（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ，ＲＯＩ）の一部分のみが再構成されるべきであっても、フィルタラインは検査範囲の全ての投影を通り抜けなければならず、遮断されてはならない。しかしながら、多くの撮影において、限られた検出器幅が関心領域のトランスアキシャルに遮断された投影をもたらす。なぜならば、関心領域を撮像視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ，ＦｏＶ）によって完全に網羅することができないからである。これは、これらの投影において遮断されたフィルタラインをもたらす。その結果、強い再構成アーチファクト、例えばいわゆるトランケーションアーチファクトが生じる。これらのアーチファクトは結果を歪曲し、専門的な診断を妨害し、困難にし、あるいは不可能にする。
【０００４】
いわゆる広幅対象の問題は、今日におけるフィルタ逆投影に基づいて動作する再構成アルゴリズム（ＦＢＰアルゴリズム）のほとんど全てに、すなわち大多数に関係する。これは、特に焦点の円状走査軌道のために設計されている公知のフェルドカンプアルゴリズム（例えば、非特許文献１参照）に対して当てはまる。最近の正確な再構成方法（例えば、非特許文献２および非特許文献３参照）は、走査のために拡張された軌道曲線（例えば、円および線、円および円弧）を要求するが、この問題も有する。したがって、広幅対象の問題に耐え得る解決策は、コンピュータ断層撮影における再構成問題の解決のための重要かつ主要な役割であった。
【０００５】
対象空間におけるフィルタ処理を逆投影後にはじめて実行しかつ投影データに対する局所的な計算ステップのみを許容する逆投影フィルタ処理（ＢＰＦ）法は、遮断された投影をある程度まで迂回することができる。これは、スパイラル状の軌道曲線の例（例えば、非特許文献４および非特許文献５参照）および円状の軌道曲線の例（例えば、非特許文献６参照）で具体的に説明されている。ＢＰＦの試みは、幾つかの事例において、遮断された投影の問題を解決し、検査範囲内の関心領域（ＲＯＩ）のアーチファクトのない再構成を可能にする。
【０００６】
更に、ＢＰＦの試みから導き出された類似の特性を有するＦＢＰ法が公知である（例えば、非特許文献７参照）。しかしながら、関心領域が撮像視野（ＦｏＶ）に制限されているので、この方法によってもしばしば完全な関心領域（例えば大きな患者の腹部）を再構成することができない。
【０００７】
しかし、撮像視野（ＦｏＶ）を拡張する方法も公知である。ここでは、検出器が光軸に関して対称でなくてある程度のずれをもって配置されている検出器ずらし法を例として挙げる（例えば、非特許文献８参照）。もちろん、検出器ずらし法は、少なくとも３６０°の角度範囲にわたる走査のための円状またはスパイラル状の軌道曲線を要求する。更に、この方法はコーンビームジオメトリにおいて近似的な撮像領域（ＦｏＶ）拡張を具現し、したがって大きなコーン角においてアーチファクトをもたらす。
【０００８】
類似の試みは遮断された投影データの見積もり法（外挿法）である。この方法では、欠けている線積分が、（例えば、コーン角が無視された状態で対向ビームの擬似冗長性のように）近似的な仮定に基づいて補足される（例えば、非特許文献９参照）。この方法の場合にも、３６０°の走査のための軌道曲線が必要である。特に、最後の方法はＦＤＫアルゴリズムの拡張として理解される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｌ．Ａ．Ｆｅｌｄｋａｍｐ，Ｌ．Ｃ．Ｄａｖｉｓ，Ｊ．Ｗ．Ｋｒｅｓｓ："Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ"，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．６，ｐｐ．６１２−６１９
【非特許文献２】Ａ．Ｋａｔｓｅｖｉｃｈ："Ｉｍａｇｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｉｒｃｌｅ ａｎｄ Ａｒｃ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ"，Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．５０，ｐｐ．２２４９−２２６５，Ａｐｒｉｌ ２００５
【非特許文献３】Ｊ．Ｐａｃｋ，Ｆ．Ｎｏｏ："Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ １Ｄ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ Ａｌｏｎｇ ｔｈｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｍ−Ｌｉｎｅｓ"，Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ，Ｖｏｌ．２１，ｐｐ．１１０５−１１２０，Ａｐｒｉｌ ２００５
【非特許文献４】Ｊ．Ｐａｃｋ，Ｆ．Ｎｏｏ，Ｒ．Ｃｌａｃｋｄｏｙｌｅ："Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｏｃａｌｌｙ Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ"，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．１，ｐｐ．７０−８５，Ｊａｎｕａｒｙ ２００５
【非特許文献５】Ｅ．Ｙ．Ｓｉｄｋｙ，Ｙ．Ｚｏｕ，Ｘ．Ｐａｎ："Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｄａｔａ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｒｎｓ ｗｉｔｈ Ｓｈｉｆｔ−Ｉｎｖａｒｉａｎｔ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｏｒ Ｈｅｌｉｃａｌ，Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ ＣＴ"、Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．５０，ｐｐ．１６４３−１６５７，２００５
【非特許文献６】Ｌ．Ｙｕ，Ｄ．Ｘｉａ，Ｙ．Ｚｏｕ，Ｘ．Ｐａｎ，Ｃ．Ｐｅｌｉｚｚａｒｉ，Ｐ．Ｍｕｎｒｏ："Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｔｒｕｎｃａｔｅｄ Ｄａｔａ ｉｎ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ ＣＴ"，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．５７４７，ｐｐ．４１２−４１８，２００５
【非特許文献７】Ｅ．Ｙ．Ｓｉｄｋｙ，Ｙ．Ｚｏｕ，Ｘ．Ｐａｎ："Ａ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｄａｔａ ＦＢＰ−Ｔｙｐｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ ＣＴ"，Ｅｉｇｈｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ Ｆｕｌｌｙ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｓａｌｔ Ｌａｋｅ Ｃｉｔｙ，Ｕｔａｈ，６−９ Ｊｕｌｙ，２００５
【非特許文献８】Ｖ．Ｌｉｕ，Ｎ．Ｒ．Ｌａｒｉｖｉｅｒｅ，Ｇ．Ｗａｎｇ："Ｘ−Ｒａｙ Ｍｉｃｒｏ−ＣＴ ｗｉｔｈ ａ Ｄｉｓｐｌａｃｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ａｒｒａｙ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｈｅｌｉｃａｌ ｃｏｎｅ−ｂｅａｍ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ"，Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１０，ｐｐ．２７５８−２７６１，Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００３
【非特許文献９】Ｐ．Ｓ．Ｃｈｏ，Ａ．Ｄ．Ｒｕｄｄ，Ｒ．Ｈ．Ｊｏｈｎｓｏｎ："Ｃｏｎｅ−Ｂｅａｍ ＣＴ ｆｒｏｍ Ｗｉｄｔｈ−Ｔｒｕｎｃａｔｅｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ"，Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｇｒａｐｈｉｃｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１，ｐｐ．４９−５７，１９９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、大きな関心領域の場合にもかつ３６０°を下回る走査軌道の場合にもアーチファクトのない再構成を可能にする関心領域の２次元投影画像から３次元画像ボリュームの再構成方法を提供することにある。更に、本発明の課題はこの方法の実施に適したＸ線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
３次元画像ボリュームの再構成方に関する課題は、本発明によれば、焦点を有するＸ線源と検出器とを備えた撮影システムが関心領域の周りを回転する間に撮影された関心領域の複数の２次元投影画像から３次元画像ボリュームを、画像ボリュームのボクセルのグレー値を投影画像の逆投影により算出することによって再構成する３次元画像ボリュームの再構成方法であって、各２次元投影画像がそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像から１つの拡張された２次元投影画像に合成され、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像が焦点と関心領域との間の一定の相対的位置において撮影される３次元画像ボリュームの再構成方法において、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点および関心領域が一定の相対的位置にて互いに異なって位置決めされかつ撮影システムが焦点を中心にしてまたは焦点を通る回転軸線を中心にして異なって回転させられるように異なっていることにおよって解決される（請求項１）。
Ｘ線装置に関する課題は、本発明によれば、関心領域の２次元投影画像を撮影するためのＸ線源およびＸ線検出器を含む撮影システムと、２次元投影画像から３次元画像ボリュームを再構成するための制御および計算ユニットとを備え、撮影システムは、Ｘ線源とＸ線検出器との間における第１の回転中心の周りを回転可能であると共に、Ｘ線源の焦点における第２の回転中心を中心にしてまたはＸ線源の焦点を通る回転軸線を中心にして回転可能であることによって解決される（請求項１５）。
【００１２】
３次元画像ボリュームの再構成方法に関する本発明の有利な実施態様は次の通りである。
・それぞれ２つの個別投影画像が作成されて１つの拡張された投影画像に合成される（請求項２）。
・少なくとも２つの個別投影画像のそれぞれの回転角が一平面内に配置されている（請求項３）。
・焦点を中心とする撮影システムまたは関心領域のそれぞれの回転は、関心領域の周りにおける撮影システムの回転平面内にある（請求項４）。
・第１の個別投影画像は焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムの第１の回転角において撮影され、第２の個別投影画像は焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムの第２の回転角において撮影され、第１の回転角が負の第２の回転角に一致する（請求項５）。
・それぞれ合成される個別投影画像が０％よりも大きく５０％よりも小さい相互の重なりを有する（請求項６）。
・それぞれ合成される個別投影画像が０％よりも大きく１０％よりも小さい相互の重なりを有する（請求項７）。
・重なりが対象に依存して、特に対象の大きさに依存して設定される（請求項８）。
・投影画像の撮影順序は、先ず関心領域の周りにおける撮影システムの第１の回転循環において全ての第１の個別投影画像が撮影され、続いて関心領域の周りにおける撮影システムの第２の回転循環において全ての第２の個別投影画像が撮影されるように定められ、各第１の投影画像がそれぞれ１つの第２の投影画像と合成される（請求項９）。
・投影画像の撮影順序は、それぞれ１つの拡張２次元投影画像に合成されるそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像が関心領域の周りにおける撮影システムの唯一の回転循環においてそれぞれ直接的な続きで撮影されるように定められている（請求項１０）。
・投影画像を撮影するためにＸ線源から発生されるＸ線ビームがコーンビームの形状を有する（請求項１１）。
・投影画像を撮影するためにＸ線源から発生されるＸ線ビームがファンビームの形状を有する（請求項１２）。
・仮想検出器がＸ線検出器の検出器マトリックスのデカルト座標配置に基づいて構成されることによって、少なくとも２つの個別投影画像が合成される（請求項１３）。
・仮想検出器がフィルタラインの配置に基づいて構成されることによって、少なくとも２つの個別投影画像が合成される（請求項１４）。
【００１３】
本発明による方法では、１つの拡張投影画像に合成される２つの（またはそれよりも多い）異なる個別投影画像を作成することによって、限られた検出器面、従って限られた視野（ＦｏＶ）を拡張することができる。それによって関心領域（ＲＯＩ）全体が表示可能である。
【００１４】
それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点と関心領域との間の一定の相対的位置において撮影される。この場合に一定の相対的位置とは、関心領域における２つの点と焦点とによって規定される三角形が一定の大きさを有することであると理解すべきである。
【００１５】
更に、それぞれ少なくとも２つの個別の投影画像は、少なくとも２つの個別投影画像の照射のためのそれぞれのＸ線ビームが、連続して関心領域を網羅する拡張されたＸ線ビームに合成可能であるように選ばれている。
【００１６】
本発明の第１の実施態様によれば、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点および関心領域が位置固定である際に撮影システムが焦点を中心にしてまたは焦点を通る回転軸線を中心にして回転する回転角に関して異なっている。２次元投影画像を撮影するための撮影システムが一般に関心領域内に置かれる第１の回転中心の周りを回転し、このようにして焦点の異なる曲線点について投影画像が作成されると共に、Ｘ線源に、特にＸ線源の焦点に第２の回転中心が存在し、それゆえ各曲線点について少なくとも２つの個別投影画像が撮影可能である。
【００１７】
それによって、簡単かつ安価に、走査軌道曲線の全ての曲線点から２次元投影画像にて撮像（写像）可能でありかつアーチファクトなしに３次元に再構成可能である領域が拡張される。この場合に走査軌道曲線または軌跡はＸ線焦点の軌道によって規定される。
【００１８】
軌跡の各曲線点において２つの（または２つよりも多い）個別投影画像が作成される。個々の撮影間の相違は、撮影システムがＸ線源を中心にして、特にＸ線源の焦点を中心にして異なる回転角を取ることにある。したがって、Ｘ線源とＸ線検出器とからなる撮影システムのＸ線源を中心とする回転が、Ｘ線からの付加的な画像情報の獲得を可能にする。
【００１９】
それによって、個別投影画像間に、個別投影画像を補正により１つの大きな拡張された投影画像に合成するために利用することができるホモグラフィ関係が生じる。これはファンビームジオメトリにもコーンジオメトリにも当てはまる。このようにして検出器が仮想的に拡張され、部分的には本来の幅の何倍にも拡張される。このように拡大されたＦｏＶによって当該身体領域が完全に捕捉可能になる。
【００２０】
この場合にホモグラフィ（ｈｏｍｏｇｒａｐｈｙ）は、点が或る２Ｄ座標系から他の２Ｄ座標系へ移される写像規則である。２つ又はそれ以上の平面に１つのＸ線ビームが交差する場合に、異なる平面の対応する交点の間にホモグラフィ関係が存在する。点が均一な座標において表されるならば、この関係は線形写像ｘ'＝Ｈ'ｘとして公式化することができる。ただし、ｘは元の点を示し、ｘ'は変換された点を示し、３×３のマトリックスＨ'はホモグラフィ変換自体を示す。この場合に少なくとも２つの個別投影画像の合成は、実際のＸ線検出器に対して拡張された仮想検出器の構築とも呼ばれる。これは、本発明のどの代替策に基づいて２つ又はそれ以上の個別投影画像が撮影されたかには関係なく、当てはまる。
【００２１】
本発明の第２の代替策によれば、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点および撮影システムが位置固定である際に関心領域が焦点の周りをまたは焦点を通る回転軸線の周りを回転する回転角に関して異なっている。
【００２２】
本発明の第３の代替策によれば、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点および関心領域が一定の相対的位置にて互いに異なって位置決めされ撮影システムが焦点または焦点を通る回転軸線を中心にして回転させられる。
【００２３】
本発明による方法もしくは本発明による方法の選択的な形態は、一方では、限られた検出器面積のために従来可能でなかった腹部や胸部のような大きな身体領域のアーチファクトのない完全な再構成を可能にする。他方では、身体領域全体の一部しか再構成されない関心領域再構成の際に、遮断された投影画像が厄介な再構成アーチファクトを生じることを回避することができる。その上、本発明による方法は、遮断された投影画像がアーチファクトをひき起こすあらゆる再構成アルゴリズムと効果的に組み合わせ可能であり、これは拡張として理解されるべきである。これは、特に、今日のＣアーム装置において標準的に使用されるフェルドカンプ、デービスおよびクレスのアルゴリズムに対して当てはまる。なぜならば、これは円状走査軌道（軌跡）において水平なフィルタラインを有するからである。
【００２４】
本発明による方法と公知の（近似的または正確な）再構成アルゴリズムとの組み合わせにおける重要な利点は、これらの公知の再構成アルゴリズムの変更の必要性がないことにある。仮想検出器は前処理ステップとして構成されるとよい。すなわち、再構成に使用された拡張投影画像が本来の再構成の前に２つ又はそれ以上の個別投影画像から合成され、引続いて再構成に使用される。撮影プロトコル、すなわち個別投影画像の撮影順序だけを相応に変更することができる。更に、本発明による方法は平坦形ならびに湾曲形の検出器に適し、ファンビームジオメトリにもコーンジオメトリにも適用可能である。
【００２５】
安価な方法のために有利には、それぞれ正確に２つの個別値画像が作成されて１つの拡張投影画像に合成される。
【００２６】
本発明の一実施態様によれば、少なくとも２つの個別投影画像のそれぞれの回転角が一平面内に配置されている。これによって、拡張投影画像への投影画像の合成の簡単化が保証される。
【００２７】
少なくとも２つの個別投影画像の簡単な合成のために有利には、焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムまたは関心領域の回転は、ほぼ関心領域の周りにおける撮影システムの回転平面内にあり、これは関心領域の周りにおける撮影システムの回転平面に対して直交して焦点を通る回転軸線を中心とする回転（傾斜）と同じ意味を持つ。この場合に、第１の個別投影画像は焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムの第１の回転角において撮影され、第２の個別投影画像は焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムの第２の回転角において撮影され、第１の回転角が負の第２の回転角に一致するならば、特に有利であることが分かった。この場合に基準点は、Ｘ線源の焦点からＸ線検出器への垂線が撮影システムの回転軸線に交差することによって規定される中心位置にある。
【００２８】
本発明の他の実施態様によれば、それぞれ合成される個別投影画像が０％よりも大きく５０％よりも小さい、特に１０％よりも小さい相互の重なりを有する。０％よりも大きい重なりによって個別投影画像の合成が簡単化される。なぜならば、重複して測定される画像点に基づいて不安定性またはずれの際に調整および平滑化を行なうことができる。同時に５０％、特に１０％よりも小さい重なりによって、患者が不必要に放射に曝されることが回避される。
【００２９】
本発明の他の構成によれば、重なりが対象に依存して、特に対象の大きさに依存して設定される。これによって、対象において利用されないで通り過ぎるＸ線を対象の高さおよび幅に応じてできるだけ少なくするならば、Ｘ線の特に良好な利用率が達成される。
【００３０】
異なる曲線点に対する個別投影画像の撮影順序に関しては、またしても２つの有利な実施態様が可能である。撮影順序に関する第１の実施態様によれば、投影画像の撮影順序は、関心領域の周りにおける撮影システムの第１の回転循環において全ての第１の個別投影画像が撮影され、続いて関心領域の周りにおける撮影システムの第２の回転循環において全ての第２の個別投影画像が撮影されるように定められ、各第１の投影画像がそれぞれ１つの第２の投影画像と合成される。
【００３１】
撮影順序に関する第２の実施態様によれば、投影画像の撮影順序は、それぞれ１つの拡張２次元投影画像に合成されるそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像が関心領域の周りにおける撮影システムの唯一の回転循環においてそれぞれ直接的な続きで撮影されるように定められている。
【００３２】
本発明による第１の代替策における方法を実施するのに適したＸ線装置は、関心領域の２次元投影画像を撮影するためのＸ線源およびＸ線検出器を含む撮影システムと、２次元投影画像から３次元画像ボリュームを再構成するための制御および計算ユニットとを備え、撮影システムは、Ｘ線源とＸ線検出器との間における第１の回転中心の周りを回転可能であると共に、Ｘ線源の焦点における第２の回転中心を中心にしてまたはＸ線源の焦点を通る回転軸を中心にして回転可能である。
【００３３】
本発明による第２の代替策における方法を実施するために適したＸ線装置は、関心領域の２次元投影画像を撮影するためのＸ線源およびＸ線検出器を含む撮影システムと、関心領域を寝かせるための空間的に３次元移動可能な、特に焦点の周りに回転可能な寝台装置と、２次元投影画像から３次元画像ボリュームを再構成するための制御および計算ユニットとを備え、撮影システムはＸ線源とＸ線検出器との間における第１の回転中心の周りを回転可能である。
【００３４】
本発明による第３の代替策における方法を実施するために、第２の代替策を実施するためのＸ線装置と類似のＸ線装置が適し、この場合には寝台装置が焦点の周りを回転可能であることは必要でなく、撮影システムの回転平面内において２次元に移動可能でなければならない。
【００３５】
特に好ましくは、本発明による方法は、撮影システムが直接にまたは支持体を介して産業ロボットもしくは多関節アームロボットに配置されているＸ線装置、または寝台装置が産業ロボットもしくは多関節アームロボットに配置されているＸ線装置により実施される。この種のＸ線装置により空間内における任意の動きが簡単に実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術に基づくＣアームＸ線システムの平面図
【図２】患者の遮断された投影のジオメトリ図
【図３】患者の遮断された投影のジオメトリ図
【図４】本発明にしたがって互いに隣接する２つの投影から合成された拡張投影のジオメトリ図
【図５】本発明にしたがって互いに隣接する２つの投影から合成された拡張投影のジオメトリ図
【図６】本発明にしたがって部分的に重ね合わされた２つの投影から合成された拡張投影のジオメトリ図
【図７】本発明にしたがって部分的に重ね合わされた２つの投影から合成された拡張投影のジオメトリ図
【図８】本発明による３次元画像ボリュームの再構成方法を示すブロック図
【図９】円状曲線軌道についての撮影プロトコルの説明図
【図１０】円状曲線軌道についての他の撮影プロトコルの説明図
【図１１】円状曲線軌道についての別の撮影プロトコルの説明図
【図１２】異なる回転角による撮影システムの２つの投影方向を有する軌道曲線の一部を示す説明図
【図１３】本発明によるＸ線システムの概略図
【図１４】本発明による他のＸ線システムの概略図
【図１５】第１の位置にある関心領域を有する投影ジオメトリ図
【図１６】第２の位置にある関心領域を有する投影ジオメトリ図
【図１７】関心領域の異なった回転角とともに撮影システムの２つの投影方向を有する軌道曲線の一部を示す投影ジオメトリ図
【図１８】関心領域も撮影システムも移動される場合の投影ジオメトリ図
【図１９】関心領域も撮影システムも移動される場合の他の投影ジオメトリ図
【図２０】関心領域も撮影システムも移動される場合の２つの回転循環の一部を示す投影ジオメトリ図
【図２１】個別投影画像と仮想検出器との関係の説明図
【図２２】検出器に基づく仮想検出器の構成原理の説明図
【図２３】フィルタラインに基づく仮想検出器の構成原理の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下において、図面に概略的に示された実施例に基づいて本発明および従属請求項の特徴による他の有利な構成を、これらの実施例への本発明の限定が行なわれることなしに詳細に説明する。
【００３８】
図１には概略的にＣアームＸ線システム１が示されている。Ｘ線システム１はＣアーム２を有し、Ｃアーム２には互いに対向してＸ線源３およびＸ線検出器４が一般には固定の向きで固定されている。Ｘ線検出器４は例えば固体基板上における平坦形または湾曲形Ｘ線検出器４である。このようなＸ線検出器４は、例えば、シンチレータとピクセル素子を持った検出器マトリックスとを有する。Ｘ線源３はＸ線ビーム１３を発生する。Ｃアームは、例えば第１の回転軸線１１の周りを矢印方向１２に回転させられることによって、患者用寝台６上に存在する関心領域５、例えば患者の周りを回転（傾斜）可能である。撮影システムのそれぞれの投影方向から種々の角度位置について２Ｄ投影画像が撮影される。この場合に関心領域５は、中心点が回転軸線１１上に位置するように配置されている。
【００３９】
このようにして得られた２Ｄ投影画像は制御および計算ユニット７に転送される。制御および計算ユニット７は少なくとも１つのデータメモリ８とプロセッサ等を備えた１つの計算モジュール９とを含む。投影画像を３Ｄボリュームへ再構成することは、制御および計算ユニット７において、例えばフィルタ逆投影による、または逆投影およびフィルタ処理による公知の方法に基づいて行なわれる。撮影された投影画像ならびに場合によっては再構成された画像ボリュームを画面１０において観察することができる。
【００４０】
図２および図３は、湾曲形Ｘ線検出器４．１および平坦形Ｘ線検出器４．２の例でそれぞれ、従来技術に基づく関心領域５の２次元投影画像から３次元画像ボリュームを再構成する方法における関心領域５の遮断された投影の問題を示す。この問題は、遮断されたフィルタラインのために、撮像すべき関心領域５の３Ｄボリュームをアーチファクトなしに再構成することができないという結果をもたらす。Ｘ線ビーム１３がＸ線源３の焦点１５から放射方向１６に出射して関心領域５を透過し、Ｘ線検出器４に入射する。Ｃアーム２の３６０°の完全な一回転の際に焦点１５の軌跡は軌道曲線１４を描く。関心領域５の部分は、軌道曲線１４のどの曲線点からもＸ線ビーム１３によって捕捉されるわけではなく、若干の曲線点については遮断される。この場合に、投影中心１７は、あらゆる任意の曲線点においてＸ線ビーム１３によって捕捉される範囲を表す。
【００４１】
図４ないし図１２に基づいて、本発明による方法の第１の代替策を具体的に説明する。この代替策の場合には２つ又はそれ以上の個別の合成された投影画像が走査軌道１４上の焦点１５の固定位置において撮影される。図１３および図１４は第１の代替策における方法の実施に適した２つのＸ線装置を示す。
【００４２】
図４ないし図７は、Ｘ線源３および特にＸ線源３の焦点１５を中心とする撮影システムの回転角度に関して異なる２つの個別投影画像を、１つの特定曲線点について１つの拡張された投影画像に合成することによって、仮想的に拡張された検出器２０を生じる、本発明による方法に使用されるＸ線検出器の仮想拡張を示す。この場合に、図２および図３と同様に、湾曲形Ｘ線検出器４．１の例（図４および図６）および平坦形Ｘ線検出器４．２の例（図５および図７）が示されている。それぞれのＸ線検出器４およびＸ線源３は互いに固定的に位置合わせされている。
【００４３】
図４は、１つの特定曲線点について、Ｘ線源３の焦点１５を中心とする撮影システムの回転角度に関して異なる２つの位置で、Ｘ線源３および湾曲形Ｘ線検出器４．１からなる撮影システムを示す。Ｘ線源３の焦点１５を中心とする撮影システムの回転は例えば第２の回転方向１８に行なわれる。撮影システムのそれぞれの投影方向１６が相応の矢印によって示されている。本発明による方法では、撮影システムの両投影方向１６のそれぞれについて１つの投影画像が撮影され、引続いて１つの拡張された投影画像（拡張投影画像）に合成される。
【００４４】
Ｘ線検出器４のこの仮想拡張によって、撮影システムのそれぞれの投影方向１６を適切に選定すると、関心領域５は軌道曲線１４のどの曲線点からも完全に両Ｘ線ビーム１３から成る拡張Ｘ線ビームにより投影中心１７において捕捉可能であるので、遮断された投影はもはや存在しない。２つよりも多い投影画像を１つの拡張投影画像に合成することもできる。
【００４５】
図１２は、Ｘ線源３の焦点１５を中心とする第２の回転方向１８への撮影システムの回転と、撮影システムの異なる回転角による、すなわち撮影システムの第１の回転角αおよび撮影システムの第２の回転角βによる撮影システムのそれぞれの投影方向１６とを拡大して示す。この場合に、（図１２に示されている）中心位置に対して撮影システムの第１の回転角αが負の第２の回転角βに等しいならば、特に有利である。
【００４６】
図４は、図６と違って、Ｘ線ビーム１３が重ならないかまたはほとんど重ならないで、同一平面上で接している、撮影システムの２つの個別の投影方向１６のケースを示す。このようなケースにおいては、特に大きな関心領域が撮像可能であり、複数の個々の投影画像（個別投影画像）を１つの拡張投影画像へ合成することが容易になる。図６においては、個々の投影画像が部分的に重なり合うように撮影システムの投影方向１６が選定されている。これは、例えば画像処理アルゴリズムによる現実の軌道曲線の較正のために有意義である。重なり範囲は、Ｘ線線量を少なくするために、再構成時に適切なコリメーションによって再び零に低減されるとよい。
【００４７】
図５および図７は、図４および図６に対応して平坦形Ｘ線検出器４．２のケースを示す。このケースでは個別投影画像は補正により合成されなければならない。合成された投影画像において一様な分解能を可能にする湾曲形Ｘ線検出器４．１と違って、平坦形Ｘ線検出器を使用する場合には、拡張投影画像における分解能が縁部に向かって低下することが考慮されて、評価に取り込まれなければならない。
【００４８】
本発明による３次元画像ボリュームの再構成方法では、画像ボリュームのボクセルのグレー値が拡張投影画像の逆投影によって算出される。このために、あらゆる公知の再構成アルゴリズム、例えばフェルドカンプアルゴリズムを使用することができる。拡張投影画像の使用によって、再構成可能な領域を著しく拡張することができるので、大きな身体領域もアーチファクトなしに３次元表示可能である。
【００４９】
図８は第１のステップ２１、第２のステップ２２および第３のステップ２３からなる本発明による方法を示す。第１の方法ステップ２１においては、例えば第１の代替策に基づいて、異なる曲線点ごとにそれぞれ２つの投影画像が撮影されて記憶される。この場合に２つの投影画像はＸ線源の焦点を中心とする撮影システムの回転角に関して異なっている。第２のステップ２２においては、各曲線点について２つの投影画像が１つの拡張投影画像に合成される。これは例えば制御および計算ユニット７において実行される。引続いて第３のステップ２３において、拡張された２次元投影画像からの患者の３次元画像ボリュームの再構成が公知の再構成アルゴリズムに基づいて行なわれる。これは同様に制御および計算ユニット７において実行可能である。
【００５０】
図９乃至図１１は異なる２次元投影画像を撮影するための円状曲線軌道についての種々の可能な撮影プロトコルを示す。図９には、撮影システムが関心領域５の周りを３６０°回転する際に、唯一の回転循環において模範的に８つの曲線点２４が相前後して到達され、各曲線点で順番に第１の投影画像および第２の投影画像を撮影する撮影プロトコルが示されている。このために各曲線点においてそれぞれ、Ｘ線源の焦点を中心とする撮影システムの回転が必要である。図１１は図９と類似の撮影プロトコルを示し、この場合には、（例えば、ショートスキャンまたはスーパーショートスキャンのように）関心領域の周りにおける撮影システムの回転は２２５°またはそれよりも少ない角度しか行なわれない。部分円を走行することもできることが、（例えば、検出器ずらしのような）他の試みに比べて、本発明による方法の有利性を際立たせる。
【００５１】
図１０においては、撮影システムが関心領域５の周りを３６０°回転する際に模範的に８つの曲線点２４が第１の回転循環にて相次いで到達され、各曲線点で第１の投影画像が撮影される。引続いてＸ線源の焦点を中心として撮影システムが回転し、そして全ての曲線点２４が第２の回転循環にて逆の順序で相次いで到達され、各曲線点で第２の投影画像が撮影される。この原理は（例えばスパイラル、円および線、円および円弧のような）他の軌道曲線に有利に転用することができる。
【００５２】
対象に依存した重なりは、例えば、関心領域の寸法が少なくともほぼ既知である場合に調整することができる。例えば、僅かのＸ線線量による１つ又は複数の予備撮影によって関心領域の寸法を決定し、引続いて重なりを手動または自動で調整することができる。投影の重なり範囲においては測定データが平均化され、このことは測定値の標準偏差の低減つまりノイズ低減を生じる。
【００５３】
図１３は本発明の実施例として他のＣアームＸ線装置３０を示す。このＣアームＸ線装置３０は、従来技術によるＸ線装置１とは、関心領域５の周りにおけるＣアーム２の回転のほかにＸ線源３およびＸ線検出器４からなる撮影システムが共通に放射源３の焦点１５における第２の回転中心を中心にして回転可能である点で相違する。特に、撮影システムはＣアーム２の回転平面内で回転可能である。
【００５４】
図１３は、休止位置のほかに、撮影システムがＣアーム平面においてＸ線源３の焦点を中心としてそれぞれある角度（＞０）だけ回転させられている他の２つの位置を破線で示す。制御および計算ユニット７はその回転の制御に使用することができる。Ｘ線源３は例えば傾斜可能に取り付けられている。Ｘ線検出器４はレール２５上にこのレールに沿って移動可能であるように取り付けられている。撮影システムは、本発明による方法の効果的な利用のために、Ｘ線源３を中心にして両方向に少なくとも５°回転可能であるべきである。この種のシステムにおいて、Ｘ線源およびＸ線検出器が互いに一定の距離および同じままに保たれる方位を有するように考慮されなければならない。本発明の他の実施形態によれば、撮影システムが放射源、特に放射源の焦点における第２の回転中心を中心にして回転可能であるコンピュータ断層撮影Ｘ線装置が設けられている。
【００５５】
本発明による方法は、例えばＣアームＸ線装置によって発生されるコーンビーム形状のＸ線ビームに対しても、コンピュータ断層撮影Ｘ線装置によって発生されるファンビーム形状のＸ線ビームに対しても有利に使用可能である。
【００５６】
図１４は本発明の実施形態としてロボット式Ｘ線装置３１を示す。このロボット型Ｘ線装置においては、撮影システムを支持するＣアーム２がいわゆる多関節アームロボット３２に配置されている。例えば自動車の工業生産において標準的に使用されるこのような多関節アームロボット３２は、例えば６つの回転軸を有し、それによって空間内でのあらゆる任意の動きが可能である。制御および計算ユニット７は、またしてもＸ線源３の焦点１５を中心とする撮影システムの回転の制御に使用される。例えば操作者によって関心領域の高さおよび幅が制御および計算ユニット７に伝達され、制御および計算ユニット７が関心領域の完全な撮像に必要な回転角を算出する。引続いて制御および計算ユニット７が多関節アームロボット３２およびＣアーム２のひき続く動きを制御する。
【００５７】
ロボット式Ｘ線装置３１により、Ｃアーム２の回転平面における回転角だけでなく、例えばその回転平面に対して垂直な平面における回転角またはＸ線検出器上の中心位置へのＸ線源の垂線と交差する他の平面における回転角が、関心領域のどの部分を撮影すべきかに応じて可能である。一般に、引続いて合成される少なくとも２つの個別投影の回転角が一平面内にあることが好ましい。
【００５８】
本発明による方法の第２の代替策において、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点１５および撮影システムが位置固定である際に関心領域５が焦点１５の周りにまたは焦点１５を通る回転軸の周りに回転する回転角に関して異なる。したがって、第１の代替策におけると同様に、焦点１５の各曲線点において２つの（または２つよりも多い）個別投影画像が撮影され、引続いて１つの拡張投影画像に合成される。異なる個別投影画像のために、関心領域５がＸ線源３の焦点１５の周りを回転させられる。その際に焦点１５に対する関心領域５の相対的位置は同じままである。
【００５９】
図１５は第１の個別投影画像が撮影される関心領域５の第１の位置を示し、図１６は第２の個別投影画像が撮影される関心領域５の第２の位置を示す。それぞれの回転角は、焦点１５の周りに関心領域５が回転させられる場合に、焦点１５から関心領域５の中心点３３への投影方向３４に関係する。回転角零点として、例えばＸ線検出器４への焦点１５の垂線が使用されるとよい。
【００６０】
図１７は、焦点１５から関心領域５の中心点３３への両投影方向３４を模範的に示し、例えば関心領域５の第１の位置において関心領域５の第１の回転角χが生じ、関心領域５の第２の位置において関心領域５の第２の回転角δが生じる。引続いて投影画像が合成され、通常のように再構成される。
【００６１】
焦点の周りにおける関心領域５の回転移動は、空間内で任意に移動可能な寝台装置、例えば移動可能な患者用テーブル３６によって実行される。空間内において、つまり６つの自由度をもって移動可能な患者用テーブル３６の移動は、例えば特に、移動可能な患者用テーブルが配置されている６軸の多関節アームロボットによって行なわれる。患者が移動可能な患者用テーブル３６上にしっかり固定されるように考慮すべきである。なぜならば、患者用テーブル３６が回転するからである。
【００６２】
本発明による方法のこの代替策の場合にも、１つの回転循環内において到達された各曲線点で、交互に２つの個別投影画像が、その間に焦点１５の周りで行なわれる関心領域５の回転をともなって撮影されるか、又は、先ず１つの回転循環において全ての曲線点についてそれぞれ第１の投影画像が撮影され、引続いて回転後に第２の回転循環において全ての曲線点についてそれぞれ第２の投影画像が撮影される。更に、この場合にも個別投影画像の部分的な重なりを設けてもよい。
【００６３】
本発明の第３の代替策では、第１の個別投影画像における関心領域５も撮影システムも第２の個別投影画像に比べて異なる位置を持つが、焦点１５と関心領域５との間の相対的位置は一定である。焦点１５は、走査軌道上における両位置にあって、もちろん同一の個所になく、焦点１５の両位置間の接続区間４０は関心領域５の中心点３３の両位置間の接続区間４１に対して平行でありかつ同じ長さを有する。したがって、２つよりも多い投影画像が合成される場合には、相応のことが他の個別投影画像について当てはまる。
【００６４】
図１８は、焦点１５と模範的に平坦形Ｘ線検出器４．２とによって表示された撮影システムならびに関心領域５を、第１の個別投影画像が撮影される第１の位置（実線）および第２の個別投影画像が撮影される第２の位置（鎖線）に示す。第１の個別投影画像および第２の個別投影画像が引続いて１つの拡張投影画像に合成され、他の拡張投影画像と共に通常のように再構成される。
【００６５】
焦点１５と関心領域５との間の相対的位置は両位置において同じであり、これは、関心領域５内の任意に選択された２つの固定点と焦点１５とによって設定される３角形が第１の位置（第１の個別投影画像）および第２の位置（第２の個別投影画像）において同じ大きさを有することを意味する。更に、第１の位置と第２の位置との間の幾何学的関係は次のとおりである。第１の位置の関心領域５が第２の関心領域５と一致させられたとするならば、焦点１５を中心とする撮影システムの回転から第２の位置における撮影システムが生じる。図１９は、同様に、第１の個別投影画像を撮影するための第１の位置（実線）および第２の個別投影画像を撮影するための第２の位置（鎖線）を示し、第１の投影画像および第２の投影画像は引続いて合成可能である。
【００６６】
第３の代替策は、第１の代替策に比べて、回転軸１１の周りにだけ回転可能である従来のＣアームＸ線装置によっても実施可能であるという利点を有し、しかし付加的に位置調整可能な患者用テーブルが存在する。第３の代替策は、第２の代替策に比べて、関心領域５を受入れる患者用テーブルがＣアーム平面内だけで２次元に移動可能であればよく、傾斜させられる必要がなく、それによって患者の支え（横たえ）が明らかに簡単化されているという利点を有する。
【００６７】
図２０は、２つの回転循環からの部分を３つずつ示し、この場合に投影画像の撮影順序は次のとおりである。すなわち、先ず、関心領域の周りにおける撮影システムの第１の回転循環（実線、図の上側）の際に第１の個別投影画像の全てが撮影され、引続いて関心領域の周りにおける撮影システムの第２の回転循環（鎖線、図の下側）の際に第２の個別投影画像の全てが撮影される。撮影に引続いて、各第１の投影画像とそれぞれに対応する第２の投影画像とが合成される。回転循環は３６０°以下であってよい。
【００６８】
投影画像の撮影順序は次のとおりであってもよい。すなわち、それぞれ１つの拡張２次元投影画像に合成されるそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像が、関心領域の周りにおける撮影システムの唯一の回転循環においてそれぞれ直接的な続きで撮影される。
【００６９】
本発明の第２および第３の代替策においても、合成すべき個別投影画像が部分的に重ねられてもよいし、同一平面上で互いに接していてもよい。
【００７０】
少なくとも２つの投影画像を１つの拡張投影画像に合成するためには、いわゆる仮想検出器を構成することが好ましく、仮想検出器は付加的に撮影システムおよび対象の空間的な位置および配置を記述する。仮想検出器の構築のために２つの方法が使用される。第１の方法は検出器に基づいて、つまりＸ線検出器の検出器マトリックスのデカルト座標配置を基礎として実施され、第２の方法はフィルタラインに基づいて、つまりフィルタラインの配置を基礎として実施される。
【００７１】
図２１に示されているように、仮想検出器２０における、つまり合成された拡張投影画像における点ｘi，ｘjと、第１の個別投影画像Ｉ'および第２の個別投影画像Ｉ"における点ｘi'，ｘj"との間において、ホモグラフィＨ'，Ｈ"、すなわち第１の個別投影画像Ｉ'に関連づけられた第１のホモグラフィＨ'および第２の個別投影画像Ｉ"に関連づけられた第２のホモグラフィＨ"によって、次の関係が定義される。
（ａ）ｘi'＝Ｈ' ｘi
（ｂ）ｘj"＝Ｈ" ｘj
【００７２】
検出器におけるラインいわゆるフィルタラインに沿ってＦＢＰアルゴリズムにおいて実行すべきフィルタ処理に関しては、特に新しい再構成方法が傾斜したフィルタラインを規定することから、フィルタラインの配置（フィルタライン方式）に基づいて、かつ検出器マトリックスのデカルト配置（検出器方式）に基づかないで、仮想検出器を構築することが有意義である（図２３）。
【００７３】
仮想検出器のフィルタラインに基づく構成は、フィルタラインに沿った値が方程式（ａ），（ｂ）により第１の個別投影画像Ｉ'および第２の個別投影画像Ｉ"から直接に算出可能であり、それによって仮想検出器２０からのこれらの値の後の補間が回避されるという利点を有する。
【００７４】
フィルタライン方式は、検出器方式と違って、もはや再構成の独立したステップとして理解することができない。なぜならば、フィルタラインの位置が加えられなければならず、フィルタラインの位置が再構成アルゴリズムに依存するからである。しかしながら、再構成のフィルタラインに基づく試みは、傾斜したフィルタラインの場合に補間時の個数を減らし、多くの場合に再構成時に計算時間に関しても達成可能な位置分解能に関しても検出器方式よりも好まれる。ＦＤＫアルゴリズムにおいては、フィルタライン方式および検出器方式が同じ意味を持つ。なぜならば、この場合には検出器列がフィルタラインと一致するからである。したがって、検出器に基づく試みは、フィルタラインに基づく試みの特殊事例、すなわちフィルタラインが検出器ラスタ上にある特殊事例とみなすことができる。
【００７５】
第１のホモグラフィＨ'および第２のホモグラフィＨ"は、第１の投影画像Ｉ'と仮想検出器２０との間ならびに第２の投影画像Ｉ"と仮想検出器２０との間の図２１に示された幾何学的関係を規定する。ホモグラフィＨ'，Ｈ"により、第１の投影画像Ｉ'の点ｘi''および第２の投影画像Ｉ"の点ｘj"の位置における必要なグレー値が個別投影画像Ｉ'，Ｉ"から取り出される。点ｘi'，ｘj"の撮像（写像）ｘi，ｘjは、一般にもはや検出器ラスタ上になく、そのためにこれらの位置におけるグレー値は存在する隣接値からの補間、例えばバイリニア補間によって求められる。個別投影画像Ｉ'，Ｉ"の重なり範囲は仮想検出器２０においてハッチングで強調されている。
【００７６】
図２２は任意の検出器列の例における検出器に基づく試みを示し、図２３は任意のフィルタラインに基づく試みを示す。黒く塗りつぶされた点は、それぞれ個別投影画像Ｉ'およびＩ"のグレー値からの補間によってグレー値が決定された仮想検出器２０上の位置を示す。中空の点はそれぞれ個別投影画像上の位置を示す。第１の投影画像Ｉ'と第２の投影画像Ｉ"との重なり範囲（ハッチング範囲）においては適切な補間方法が適用されるべきである。なぜならばこの場合には両個別投影画像からのグレー値が存在するからである。
【００７７】
破線による点の象徴的な接続は、ホモグラフィＨ'，Ｈ"がライン上に再びラインを写像することを具体的に示す（もちろん、点（およびそれにともなう走査）の間隔がラインに沿って変化する。）。同様に、検出器に基づく試みがフィルタラインに基づく試みの特殊事例であること、すなわち水平ラインに沿ったフィルタ処理が行なわれる場合の特殊事例であることが明らかである。
【００７８】
本発明は、次のように要約される。大きな関心領域の場合および３６０°を下回る走査軌道の場合にもアーチファクトのない再構成を可能にするために、焦点を有するＸ線源と検出器とを備えた撮影システムが関心領域の周りを回転する間に撮影された関心領域の複数の２次元投影画像から３次元画像ボリュームを、画像ボリュームのボクセルのグレー値を投影画像の逆投影により算出することによって再構成する方法において、各２次元投影画像がそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像から１つの拡張された２次元投影画像に合成され、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像が焦点と関心領域との間の一定の相対的位置において撮影される。
【符号の説明】
【００７９】
１ ＣアームＸ線システム
２ Ｃアーム
３ Ｘ線源
４ Ｘ線検出器
４．１ 湾曲形Ｘ線検出器
４．２ 平坦形Ｘ線検出器
５ 関心領域
６ 患者用寝台
７ 制御および計算ユニット
８ データメモリ
９ 計算モジュール
１０ 画面
１１ 回転軸線
１２ 回転方向
１３ Ｘ線ビーム
１４ 軌道曲線
１５ 焦点
１６ 放射方向（投影方向）
１７ 投影中心
１８ 回転方向
２０ 仮想検出器
２１ 第１のステップ
２２ 第２のステップ
２３ 第３のステップ
２４ 曲線点
２５ レール
３０ ＣアームＸ線装置
３１ ロボット式Ｘ線装置
３２ 多関節アームロボット
３３ 関心領域の中心点
３４ 投影方向
３６ 移動可能な患者用テーブル
４０ 焦点の両位置間の接続区間
４１ 関心領域の中心点の両位置間の接続区間
α 第１の回転角
β 第２の回転角
χ 第１の回転角
δ 第２の回転角
Ｈ' 第１のホモグラフィ
Ｈ" 第２のホモグラフィ
Ｉ' 第１の投影画像
Ｉ" 第２の投影画像
ｘi 拡張投影画像における点
ｘj 拡張投影画像における点
ｘi' 第１の個別投影画像Ｉ'における点
ｘj" 第２の個別投影画像Ｉ"における点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点（１５）を有するＸ線源（３）と検出器（４）とを備えた撮影システム（３;４）が関心領域（５）の周りを回転する間に撮影された関心領域の複数の２次元投影画像から３次元画像ボリュームを、画像ボリュームのボクセルのグレー値を投影画像の逆投影により算出することによって再構成する３次元画像ボリュームの再構成方法であって、
各２次元投影画像がそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像から１つの拡張された２次元投影画像に合成され、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像が焦点（１５）と関心領域（５）との間の一定の相対的位置において撮影される３次元画像ボリュームの再構成方法において、
それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点（１５）および関心領域（５）が一定の相対的位置にて互いに異なって位置決めされかつ撮影システム（３；４）が焦点（１５）を中心にしてまたは焦点（１５）を通る回転軸線を中心にして異なって回転させられるように異なっていることを特徴とする３次元画像ボリュームの再構成方法。
【請求項２】
それぞれ２つの個別投影画像が作成されて１つの拡張された投影画像に合成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも２つの個別投影画像のそれぞれの回転角が一平面内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
焦点（１５）を中心とする撮影システム（３；４）または関心領域（５）のそれぞれの回転は、関心領域（５）の周りにおける撮影システム（３；４）の回転平面内にあることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
第１の個別投影画像は焦点（１５）を中心とするまたは焦点（１５）を通る回転軸線を中心とする撮影システム（３；４）の第１の回転角（α）において撮影され、第２の個別投影画像は焦点（１５）を中心とするまたは焦点（１５）を通る回転軸線を中心とする撮影システム（３；４）の第２の回転角（β）において撮影され、第１の回転角（α）が負の第２の回転角（β）に一致することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
それぞれ合成される個別投影画像が０％よりも大きく５０％よりも小さい相互の重なりを有することを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
それぞれ合成される個別投影画像が０％よりも大きく１０％よりも小さい相互の重なりを有することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】
重なりが対象に依存して、特に対象の大きさに依存して設定されることを特徴とする請求項６又は７記載の方法。
【請求項９】
投影画像の撮影順序は、先ず関心領域（５）の周りにおける撮影システム（３；４）の第１の回転循環において全ての第１の個別投影画像が撮影され、続いて関心領域（５）の周りにおける撮影システム（３；４）の第２の回転循環において全ての第２の個別投影画像が撮影されるように定められ、各第１の投影画像がそれぞれ１つの第２の投影画像と合成されることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
投影画像の撮影順序は、それぞれ１つの拡張２次元投影画像に合成されるそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像が関心領域（５）の周りにおける撮影システムの唯一の回転循環においてそれぞれ直接的な続きで撮影されるように定められていることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
投影画像を撮影するためにＸ線源（３）から発生されるＸ線ビームがコーンビームの形状を有することを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の方法。
【請求項１２】
投影画像を撮影するためにＸ線源（３）から発生されるＸ線ビームがファンビームの形状を有することを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の方法。
【請求項１３】
仮想検出器（２０）がＸ線検出器（４）の検出器マトリックスのデカルト座標配置に基づいて構成されることによって、少なくとも２つの個別投影画像が合成されることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の方法。
【請求項１４】
仮想検出器（２０）がフィルタラインの配置に基づいて構成されることによって、少なくとも２つの個別投影画像が合成されることを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の方法。
【請求項１５】
関心領域（５）の２次元投影画像を撮影するためのＸ線源（３）およびＸ線検出器（４）を含む撮影システム（３；４）と、
２次元投影画像から３次元画像ボリュームを再構成するための制御および計算ユニットとを備え、
撮影システム（３；４）は、Ｘ線源（３）とＸ線検出器（４）との間における第１の回転中心の周りを回転可能であると共に、Ｘ線源（３）の焦点（１５）における第２の回転中心を中心にしてまたはＸ線源（３）の焦点（１５）を通る回転軸線を中心にして回転可能である
ことを特徴とする請求項１乃至１４の１つに記載の方法を実施するためのＸ線装置。
【請求項１６】
ＣアームＸ線装置（３０；３１）によって構成されることを特徴とする請求項１５記載のＸ線装置。
【請求項１７】
撮影システム（３；４）が直接にまたは支持体を介して多関節アームロボットまたは産業ロボット（３２）に配置されていることを特徴とする請求項１５記載のＸ線装置。
【請求項１８】
コンピュータ断層撮影装置によって構成されることを特徴とする請求項１５記載のＸ線装置。
【請求項１】
焦点（１５）を有するＸ線源（３）と検出器（４）とを備えた撮影システム（３;４）が関心領域（５）の周りを回転する間に撮影された関心領域の複数の２次元投影画像から３次元画像ボリュームを、画像ボリュームのボクセルのグレー値を投影画像の逆投影により算出することによって再構成する３次元画像ボリュームの再構成方法であって、
各２次元投影画像がそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像から１つの拡張された２次元投影画像に合成され、それぞれ少なくとも２つの個別投影画像が焦点（１５）と関心領域（５）との間の一定の相対的位置において撮影される３次元画像ボリュームの再構成方法において、
それぞれ少なくとも２つの個別投影画像は、焦点（１５）および関心領域（５）が一定の相対的位置にて互いに異なって位置決めされかつ撮影システム（３；４）が焦点（１５）を中心にしてまたは焦点（１５）を通る回転軸線を中心にして異なって回転させられるように異なっていることを特徴とする３次元画像ボリュームの再構成方法。
【請求項２】
それぞれ２つの個別投影画像が作成されて１つの拡張された投影画像に合成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも２つの個別投影画像のそれぞれの回転角が一平面内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
焦点（１５）を中心とする撮影システム（３；４）または関心領域（５）のそれぞれの回転は、関心領域（５）の周りにおける撮影システム（３；４）の回転平面内にあることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
第１の個別投影画像は焦点（１５）を中心とするまたは焦点（１５）を通る回転軸線を中心とする撮影システム（３；４）の第１の回転角（α）において撮影され、第２の個別投影画像は焦点（１５）を中心とするまたは焦点（１５）を通る回転軸線を中心とする撮影システム（３；４）の第２の回転角（β）において撮影され、第１の回転角（α）が負の第２の回転角（β）に一致することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
それぞれ合成される個別投影画像が０％よりも大きく５０％よりも小さい相互の重なりを有することを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
それぞれ合成される個別投影画像が０％よりも大きく１０％よりも小さい相互の重なりを有することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】
重なりが対象に依存して、特に対象の大きさに依存して設定されることを特徴とする請求項６又は７記載の方法。
【請求項９】
投影画像の撮影順序は、先ず関心領域（５）の周りにおける撮影システム（３；４）の第１の回転循環において全ての第１の個別投影画像が撮影され、続いて関心領域（５）の周りにおける撮影システム（３；４）の第２の回転循環において全ての第２の個別投影画像が撮影されるように定められ、各第１の投影画像がそれぞれ１つの第２の投影画像と合成されることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
投影画像の撮影順序は、それぞれ１つの拡張２次元投影画像に合成されるそれぞれ少なくとも２つの個別投影画像が関心領域（５）の周りにおける撮影システムの唯一の回転循環においてそれぞれ直接的な続きで撮影されるように定められていることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
投影画像を撮影するためにＸ線源（３）から発生されるＸ線ビームがコーンビームの形状を有することを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の方法。
【請求項１２】
投影画像を撮影するためにＸ線源（３）から発生されるＸ線ビームがファンビームの形状を有することを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の方法。
【請求項１３】
仮想検出器（２０）がＸ線検出器（４）の検出器マトリックスのデカルト座標配置に基づいて構成されることによって、少なくとも２つの個別投影画像が合成されることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の方法。
【請求項１４】
仮想検出器（２０）がフィルタラインの配置に基づいて構成されることによって、少なくとも２つの個別投影画像が合成されることを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の方法。
【請求項１５】
関心領域（５）の２次元投影画像を撮影するためのＸ線源（３）およびＸ線検出器（４）を含む撮影システム（３；４）と、
２次元投影画像から３次元画像ボリュームを再構成するための制御および計算ユニットとを備え、
撮影システム（３；４）は、Ｘ線源（３）とＸ線検出器（４）との間における第１の回転中心の周りを回転可能であると共に、Ｘ線源（３）の焦点（１５）における第２の回転中心を中心にしてまたはＸ線源（３）の焦点（１５）を通る回転軸線を中心にして回転可能である
ことを特徴とする請求項１乃至１４の１つに記載の方法を実施するためのＸ線装置。
【請求項１６】
ＣアームＸ線装置（３０；３１）によって構成されることを特徴とする請求項１５記載のＸ線装置。
【請求項１７】
撮影システム（３；４）が直接にまたは支持体を介して多関節アームロボットまたは産業ロボット（３２）に配置されていることを特徴とする請求項１５記載のＸ線装置。
【請求項１８】
コンピュータ断層撮影装置によって構成されることを特徴とする請求項１５記載のＸ線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１３−６６７９１（Ｐ２０１３−６６７９１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−１０１７４（Ｐ２０１３−１０１７４）
【出願日】平成２５年１月２３日（２０１３．１．２３）
【分割の表示】特願２００７−２２３６８５（Ｐ２００７−２２３６８５）の分割
【原出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（３９００３９４１３）シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト (2,104)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｗｉｔｔｅｌｓｂａｃｈｅｒｐｌａｔｚ ２， Ｄ−８０３３３ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年１月２３日（２０１３．１．２３）
【分割の表示】特願２００７−２２３６８５（Ｐ２００７−２２３６８５）の分割
【原出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（３９００３９４１３）シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト (2,104)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｗｉｔｔｅｌｓｂａｃｈｅｒｐｌａｔｚ ２， Ｄ−８０３３３ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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