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動き補償に基づくCT機器及び方法

国内特許コード P150011746
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2011-553275
公表番号 特表2012-513883
出願日 平成22年12月27日(2010.12.27)
公表日 平成24年6月21日(2012.6.21)
国際出願番号 CN2010080312
国際公開番号 WO2011097927
国際出願日 平成22年12月27日(2010.12.27)
国際公開日 平成23年8月18日(2011.8.18)
優先権データ
  • 201010111359.8 (2010.2.10) CN
発明者
  • 李 亮
  • 陳 志強
  • 張 麗
  • 康 克軍
  • 李 元景
  • 趙 自然
  • 劉 以農
  • ▲しん▼ 宇翔
  • 金 ▲しん▼
出願人
  • 清華大学
  • 同方威視技術股▲分▼有限公司
発明の名称 動き補償に基づくCT機器及び方法
発明の概要 動き補償に基づくCT機器及び方法を開示している。本発明は、立体視による動き測定システムを用いて、結像対象の動きパラメータを取得して、再構成画像行列変換による技術によって、動き補償を実現し、動きアーチファクトを除去して、鮮明な2次元/3次元CT画像を取得する。本発明は、CT走査中における被走査物体自身の動きによる動きアーチファクトを効果的に除去することができ、従来のCT走査機器に容易に組み込まれ、シームレスな接続を実現することができる。本発明は、従来のCTの影像品質を効果的に向上し、特に、例えば、幾つかの動きが自己コントロールできないような特別対象群体、例えば、パーキンソン病患者、幼児、生体ねずみなど、並びに、超高解像度人体結像において、特に重要な意味を持つ。
従来技術、競合技術の概要 1972年にHounsfieldにより1台目のCT機が発明されてから、CT技術は医療診断及び産業非破壊検査に革命的な影響を与えて来て、CTは医療、生物、航空、国防などの産業の重要な検査手段になっている。技術の進歩に伴い、CT走査モード及び結像方法も進んでおり、コーンビーム3次元CTは、既に研究及び適用の主流となっている。コーンビームX線CTは、医学臨床、安全検査、非破壊検査などの分野に幅広く適用されており、特に、医学臨床診断において、螺旋CTは、既に不可欠な検査手段の1つとなっている。

1989年に、螺旋CTは医学臨床応用に導入され始め、螺旋CTの大きな優位性のため、だんだん従来の断層CTの代わりとなってきた。螺旋CTは、断層CTに比べて、投影データを中断せず連続して収集(collection)を行うことができ、専門的に設計された再構成アルゴリズムにより物体の3次元データを取得して、CT走査の時間が大幅に短縮され、再構成画像のZ軸解像度を提供し、動きアーチファクトを低減しているという優位点がある。1991年に、Elscint社は、シングルスライスCTに基づいて、まず、デュアルスライスCTを出して、それからマルチスライスCT(Multi-sliceCT、MSCT)の飛躍的な発展が幕を開けた。

MSCTとシングルスライスCTとの主な相違は、シングルスライスCTの検出器が単一列で、毎回1スライスのファンビーム投影データしか収集できないのに対して、MSCTの検出器が複数列で、複数スライスのコーンビーム投影データを同時に収集することができるという点である。したがって、MSCTは、シングルスライスCTに比べて、性能的に大幅な向上があり、X線ビームの覆う範囲が大きく増加し、X線の利用率が効果的に上がり、走査時間を短縮して、より高い品質の3次元再構成画像を得ることができる。1998年に、GM、Siemens、Toshiba、Philips社は、4マルチスライスCTを出して、各大手医療機器メーカーの激しい競争が幕を開けた。2001年に、GE社は8マルチスライスCTを最初に出した。2002年に、GE、Siemens、Toshiba、Philips社は16マルチスライスCTを出した。2005年に、Toshiba社は256マルチスライスCTを出した。2007年に、米・シカゴで開催された第93回北米放射線学会議に、Toshiba社は最新に出した320マルチスライスCT製品を公開した。Siemens社は、2005年に初のデュアルエナジーCTを出した。今、最新のMSCTは、走査速度が4回/秒であり、人体の3次元結像、血管造影結像、心臓結像、脳潅流結像などの分野に広く適用されている。MSCT技術の上で、コンピュータ外科、仮想内視鏡技術及び補助放射線療法などの新しい技術も発展して来た。

今、CT技術が産業、セキュリティチェック、医療などの分野に大きな成功を収めたが、工程適用条件の複雑性及び多様性のため、CT技術の更なる発展がより高く求められている。CT走査中に被走査物体自身が動くのがよくあることで、特に、生体CT結像においてはよくある。例えば、医療CTの走査中において、CT影像は、人体器官の固有動きにより常に動きアーチファクトが存在しており、画像ぼけやゴーストなどを招き、医者の病気に対する正確な診断に影響を与えてしまう。人体器官は、正常な新陳代謝中において、心臓の鼓動、肺の呼吸運動、脈の鼓動、胃腸のうごめくなどを含む様々な生理的な動きが存在している。これらの器官の動きは、呼吸が息止めによりコントロールできるのを除いて、他の多数の動きを一時止めさせることは困難である。また、医療CTの走査中において、例えば、パーキンソン病患者、幼児、自己管理能力がない精神病患者など、いずれも大幅に体が動く可能性がある。前記動きの全ては、MSCT画像において、動きアーチファクトを避けることなく形成していまい、画質の劣化を招き、さらに走査失敗となる。したがって、動きアーチファクトを抑止・消去する技術の研究は、CT結像に対して、重要な現実的意味を有している。

息止めの場合、健康人体は10秒内に頭部の平均動き変位が約0.35mmであり、現在MSCT画像が0.4mmだけの解像度を有する場合に、画像において深刻な動きアーチファクトが発生しない。人体の体幹部分の器官は、心臓の鼓動、胃腸のうごめくなどの動きに、頭部より大きく影響されるため、動きが頭部よりはっきり見える。特に、患者に対して、その体への支配力の低下のため、その動きの幅は1mmを超えて、さらにそれ以上に達する可能性があり、深刻な動きアーチファクトを招く恐れがあり、CT画像の品質に影響を与える。

産業上の利用分野 本発明の実施例は、ラジオグラフィ結像に関し、具体的に動き補償に基づくCT機器及び方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
被走査物体をCT走査するためのCT走査機器と、
被走査物体の動きパラメータを、前記CT走査機器の走査と同期に測定するための立体視測定システムと、
前記動きパラメータに基づいて、再構成画像行列を変換することによって、CT結像中において被走査物体の動きを補償する結像装置とを備えることを特徴とする動き補償に基づくCT機器。

【請求項2】
前記立体視測定システムは、被走査物体の2次元/3次元画像を前記CT走査と同期に収集する第1のカメラ及び第2のカメラを備え、
前記結像装置は、収集された2次元/3次元画像に基づいて、被走査物体の動きパラメータを算出することを特徴とする請求項1に記載のCT機器。

【請求項3】
前記第1のカメラ及び第2のカメラと、CT走査機器との同期は、CT走査機器における検知器の収集タイミングに基づいていることを特徴とする請求項2に記載のCT機器。

【請求項4】
CT走査機器が使用する検知器の収集速度が前記第1のカメラ及び第2のカメラの収集速度より高い場合、前記第1のカメラ及び第2のカメラの収集トリガーとして、同期収集パルストリガー信号の周期を検知器の収集周期の整数倍に調整することを特徴とする請求項3に記載のCT機器。

【請求項5】
CT再構成する時に、補完によって、CT投影と一対一に対応する被走査物体の3次元座標及び動きパラメータを取得することを特徴とする請求項4に記載のCT機器。

【請求項6】
CT走査機器が使用する検知器の収集速度が前記第1のカメラ及び第2のカメラの収集速度以下である場合、検知器の収集信号を前記第1のカメラ及び第2のカメラの同期トリガー信号として画像収集を行うことを特徴とする請求項3に記載のCT機器。

【請求項7】
前記結像装置は、毎回逆投影する前に、測定された動きパラメータに応じて再構成画像行列に対し該当する行列変換を行うことによって、画像行列をその時刻での物体パターンと一致させることを特徴とする請求項1に記載のCT機器。

【請求項8】
前記動きパラメータは、被走査物体の少なくとも一部の回転及び平行移動を含むことを特徴とする請求項7に記載のCT機器。

【請求項9】
前記動き補償は、FBP及びARTアルゴリズムで実現されることを特徴とする請求項7に記載のCT機器。

【請求項10】
CT機器に用いられる方法であって、
CT走査機器を用いて被走査物体をCT走査するステップと、
被走査物体の動きパラメータを、前記CT走査機器の走査と同期に測定するステップと、
前記動きパラメータに基づいて、再構成画像行列を変換することによって、CT結像中において被走査物体の動きを補償するステップとを含むことを特徴とする方法。

【請求項11】
第1のカメラ及び第2のカメラにより、被走査物体の2次元/3次元画像を前記CT走査と同期に収集し、収集された2次元/3次元画像に基づいて、被走査物体の動きパラメータを算出することを特徴とする請求項10に記載の方法。

【請求項12】
前記第1のカメラ及び第2のカメラは、CT走査機器との同期がCT走査機器の検知器の収集タイミングに基づいていることを特徴とする請求項11に記載の方法。

【請求項13】
CT走査機器が使用する検知器の収集速度が前記第1のカメラ及び第2のカメラの収集速度より高い場合、前記第1のカメラ及び第2のカメラの収集トリガーとして、同期収集パルストリガー信号の周期を検知器の収集周期の整数倍に調整することを特徴とする請求項12に記載の方法。

【請求項14】
CT再構成する時に、補完によって、CT投影と一対一に対応する被走査物体の3次元座標及び動きパラメータを取得することを特徴とする請求項13に記載の方法。

【請求項15】
CT走査機器が使用する検知器の収集速度が前記第1のカメラ及び第2のカメラの収集速度以下である場合、検知器の収集信号を前記第1のカメラ及び第2のカメラの同期トリガー信号として画像収集を行うことを特徴とする請求項14に記載の方法。

【請求項16】
毎回逆投影する前に、測定された動きパラメータに応じて、再構成画像行列に対し該当する行列変換を行って、画像行列をその時刻での物体パターンと一致させることを特徴とする請求項10に記載の方法。

【請求項17】
前記動きパラメータは、被走査物体の少なくとも一部の回転及び平行移動を含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。

【請求項18】
前記動き補償は、FBP及びARTアルゴリズムで実現されることを特徴とする請求項16に記載の方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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