JP2001148005A - 動いている対象物の三次元画像を再構成する方法 - Google Patents

動いている対象物の三次元画像を再構成する方法

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イブ・トルース
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Francisco Sureda
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 人間の心臓の血管等の実質的に周期的な動作
で動いている対象物の三次元画像を再構成する方法を提
案する。 【解決手段】 対象物の動きの数周期にわたる収集期間
に、複数の初期デジタル放射線画像の収集が、対象物の
周りを回転するスナップショット装置を用いて行われ
る。各周期の間に同じ時間に発生した初期画像は、この
同じ時間に発生に関連した画像グループを形成するよう
に、連続する周期で各々選択される。対象物の中間三次
元表現が、各々の初期画像グループと反復画像再構成ア
ルゴリズムを基にして再構成される。２つの中間三次元
表現間の空間変形法則が、２つの連続する一時的発生に
対応する２つの中間三次元表現に基づいて形式化され、
対象物の最終三次元表現が、連続して取得された初期画
像と、連続して形式化された空間変形法則と、反復画像
再構成アルゴリズムとを基にして再構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、動いている対象
物、特に実質的に周期的な動作で動いている対象物の三
次元画像の再構成に関するものである。本発明は、診察
中の患者に関する内部構造、特に心臓の血管の画像の再
構成が行われる医療分野において、とりわけ興味深い適
用が考えられる。しかしながら、本発明は、他の分野、
特に医療検査と同形式の検査が行われる工業用非破壊検
査への適用も考えられる。
【０００２】
【従来の技術】通常、画像の三次元再構成は、対象物の
二次元投影画像を基に行われる。しかし、この画像再構
成においては、心臓のように対象物が動いている場合に
は、色々な問題が起きる。二次元画像を基にして行う三
次元画像再構成において遭遇する他の問題は、画像間の
一致の難しさである。言換えると、特定の血管のような
対象物の同じ要素が１つの画像から他の画像に移る際
に、最小誤差を持つ可能性があるという点である。心臓
のような対象物が動く場合問題は更に大きくなる。いく
らかの再構成手法では、一致問題をより簡単に解決する
ために、使用者、つまりこの例では医師の介入が必要と
される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、動いている
対象物の画像の全自動再構成を提案するもので、それに
より医師とのやりとりを最小或いは皆無とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の実施態様では、
人間の心臓の血管等の実質的に周期的な動作で動いてい
る対象物の三次元画像を再構成するための方法が提案さ
れる。対象物の動きの数周期にわたる収集期間に、複数
の初期デジタル放射線画像の収集が、対象物の周りを回
転するスナップショット装置を用いて行われる。各周期
の間での同じ時間に発生した初期画像は、この同じ時間
に発生した関連する画像グループを形成させるように連
続する周期において各々選択される。いくつかの他の時
間に発生した各々に対応するいくつかの他の初期画像の
グループが形成される。対象物の中間三次元表現が、各
々の初期画像グループと反復画像再構成アルゴリズムを
基にして再構成される。２つの中間三次元表現間の空間
変形法則が、２つの連続する時間に発生した対応する２
つの中間三次元表現に基づいて公式化され、対象物の最
終三次元表現が、連続して取得された初期画像と、連続
して公式化された空間変形法則と、反復画像再構成アル
ゴリズムとを基にして再構成される。
【０００５】本発明の実施態様は、対象物の動きを考慮
に入れた対象物の最終三次元表現を最終的に取得するこ
とができる。使用者つまり本例では医師は、取得した最
終三次元表現に基づくこの対象物の投影三次元画像を、
使用者のスクリーン上に容易に見ることができる。その
上、異なる時間での発生に対応する連続的空間変形法則
又はモデルが公式化されると、使用者例えば医師は、連
続する各時刻において、対象物、特に特定の血管の投影
三次元画像も見ることができる。換言すれば、本発明に
よる方法は、画像の再構成を四次元画像として、即ち時
間パラメータを加えた三次元画像として行うことができ
る。
【０００６】連続的周期における同じ時間に発生した画
像の選択は、対象物の周期的動作の補助制御信号表現を
使うことによって達成できる。従って、例えば心臓の動
きの心電図表現等の生理学的信号を使うことが可能とな
り、また心臓の動きの周期を正確に測定することが可能
となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明のその他の利点及び特徴
は、これに限定されることのない実施形態の詳細な記述
と、添付図面を吟味することによって明らかになるであ
ろう。以下、患者の心臓ＯＢＪの血管ＶＳに関する画像
再構成に対して適用したものについて本発明による方法
を説明するが、本発明はそれに限定されない。
【０００８】図１において、参照符号ＰＶｉは、患者の
胸部の周りをＸ線源Ｒｏｔ（簡単にするためにここには
図示していない）が回転することによって収集される種
々のスナップショットを意味している。収集された初期
画像ＩＭｉの各々は、例えば放射線医学で用いられる輝
度増幅型等の二次元放射線検出器に基づいて得られる。
二次元放射線検出器は投射平面におけるＸ線管の反対側
に配置されている。
【０００９】Ｘ線源と二次元検出器とで構成されるＸ線
画像システムでは、収集された画像生成に係る幾何学的
操作は、三次元空間内に配置された解析対象物の、検出
平面に対応する投射平面である二次元空間への円錐投射
である。画像システムの校正、つまり画像生成に係る幾
何学的パラメータの間接的な認識をより正確にする操作
は、常套的なもので当業者間では周知である。
【００１０】図１に示されるように、連続的な収集は、
心臓の動きのＣＹＣ１からＣＹＣ５までの５周期に相当
する所定の継続時間、例えば５秒間行われる。従って、
１秒間で１０の画像収集率では、実質的に１０の初期画
像が心臓の動き１周期毎に収集される。心臓の動きの周
期は、補助制御信号ＥＣＧによって追跡され、本例の場
合、補助制御信号ＥＣＧとして心電図を使うことができ
る。このようにして心臓の動きである心臓収縮及び心臓
拡張の状態が詳細に測定される。
【００１１】一旦初期画像が収集されると、全ての周期
について一様に一時的に発生する初期画像がそれぞれの
周期で選択される。例えば、心臓の動きの周期が始まっ
た後に、最初の初期画像ＩＭ１が選択される。そして、
５つの初期画像ＩＭ１（図２）が得られ、それらに基づ
いて、心臓の血管ＶＳの中間三次元表現の再構成が、反
復型画像再構成アルゴリズムを用いて行われる。そのよ
うな反復型画像再構成アルゴリズムの原理は当業者によ
く知られており、すでに多くの刊行物の主題となってい
る。特に、ゴードン、ベンダー、ハーマンによる論文
「三次元電子顕微鏡法及びＸ線写真に関する代数再構成
技術」（セオロジカル・バイオロジカル・ジャーナル、
Ｎｏ．２９、９４７１から７８１頁（１９７０）又はフ
ランス特許出願Ｎｏ．８９０３６０６又は８９ １６９
０６を挙げることができよう。フランス特許出願Ｎｏ．
２ ７５２ ９７５に記載されている対象物の三次元画
像再構成方法も実施できる。当業者は、画像再構成アル
ゴリズム及び／又はスナップショット装置校正段階の実
施形態のより細部に関し、これらの従来技術文献を参考
にすることができるであろう。
【００１２】この中間再構成段階の結果として、心臓の
血管の最初の中間三次元表現ＲＴ１が得られる。画像Ｉ
Ｍ２によって同じ演算が行われるが、各周期の初期画像
ＩＭ２は、周期が始まった後に収集される２番目の初期
画像である。次いで２番目の中間三次元表現ＲＴ２が得
られる。この場合、最終的に１０の三次元中間表現が得
られるように、各周期の画像について同じ操作が行われ
るのが好ましい。
【００１３】図３に示すように、次の段階は、２つの連
続する中間三次元表現ＲＴ１とＲＴ２を公式化するこ
と、例えば、空間変形法則が、２つの三次元表現ＴＲ１
及びＴＲ２の間で変形モデルを公式化することから成
る。２つの連続する中間表現ＲＴｉ及びＲＴｊの間で幾
何学的変形モデルＬＤＩｊを得るため、同様な演算が一
般的な方法で行われる。
【００１４】例として、このような２つの連続する時間
での発生の間で心臓の動きを表現する空間変形法則を得
る１つの方法は、種々の連続する三次元表現間で対象要
素（例えば特定の血管）を追跡するための既存の技術を
使って行うことができる。そのような一致手法が、シン
エー、及びアレン ピー．ケーによる論文「画像フロ
ー計算・推定理論及び統合透視」（コンピュータ・ビジ
ョン・グラフィックス アンド イメージプロセッシン
グ、５６巻、２号、 １９９２年９月、１５２−１７７
頁）に記述されている。同業者は、それを任意に参考と
することができる。
【００１５】一旦全ての空間変形法則を得ると、反復型
画像再構成アルゴリズムを適用するとともに、今度は、
収集の全期間に収集した全ての初期画像ＭＲｉを使用す
ることによって、心臓血管の最終三次元表現が再構成さ
れる。更に、反復型画像再構成アルゴリズムは、心臓の
動きを与えて心臓血管の正しい表現を最終的に得るよう
な方法で、以前に公式化された対応する空間変形法則
を、ある初期画像から他の初期画像へと連続的に取り入
れる。
【００１６】ハードウエアの視点でのその方法の実施を
可能とする装置は、従来のスナップショット装置に加
え、反復型画像再構成アルゴリズムのような種々のソフ
トウエア手段を実行するコンピュータを有し、最終三次
元表現に基づいて得られた最終投射画像を表示するため
のスクリーンを備える。さらに、周期の全ての初期画像
が、多くの中間三次元表現として公式化できるように操
作に取り入れられたが、より少ない中間表現を公式化す
るように、２つの内の１つだけ又は３つの内の１つだけ
を取り入れることが可能だったであろう。しかしなが
ら、それにより空間変形法則の精度の低下を招いたであ
ろう。当業者であれば本発明の範囲を逸脱することなし
に、構造及び／又は段階及び／又は機能の変更が可能で
あろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】心臓に適用した場合のデジタル放射線画像の収
集を示す概略図である。
【図２】対象物の最終三次元画像を得ることを可能にす
るステップを示す概略図である。
【図３】対象物の最終三次元画像を得ることを可能にす
る他のスップに示す概略図である。
【図４】対象物の最終三次元画像を得ることを可能にす
る他のスップに示す概略図である。
【符号の説明】
ＶＳ 血管、ＯＢＪ 心臓、Ｒｏｔ Ｘ線源、ＰＶｉ
スナップショット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン・リーナール フランス国・92140・クラマート・リュ エティエンヌ ドーブ・155 (72)発明者 フランシスコ・シューレダ フランス国・92290・シャテナイ マラブ リー・リュ ドゥ ジェネラル ド ゴー ル・14

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 実質的に周期的な動作で動いている対象
    物の三次元画像を再構成する方法であって、 前記対象物の動きの数周期にわたる収集期間に、複数の
    初期デジタル放射線画像（ＩＭｉ）の収集が、前記対象
    物の周りを回転するスナップショット装置を用いて行わ
    れ、各周期の間の同じ時間に発生した初期画像が、その
    同じ時間に発生した関連する画像グループを形成するよ
    うに、連続する周期において各々選択され、いくつかの
    他の同じ時間での発生の各々に対応するいくつかの他の
    初期画像のグループを形成し、前記対象物の中間三次元
    表現（ＲＴｉ）が、各々の初期画像グループと反復画像
    再構成アルゴリズムを基にして再構成され、２つの中間
    三次元表現の間の空間変形法則（ＬＤＩｊ）が、２つの
    時間的に連続した発生に対応する２つの中間三次元表現
    に基づいて公式化され、かつ、前記対象物の最終三次元
    表現が、前記連続して取得された初期画像と、前記連続
    して公式化された空間変形法則と、反復画像再構成アル
    ゴリズムとを基にして再構成されることを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】 前記同じ時間に発生される画像が、前記
    対象物の周期的動作を表現する補助制御信号（ＥＣＧ）
    を用いることによって、連続的な周期において選択され
    ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
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