JP2001238877A - X線画像を形成するための方法及び装置 - Google Patents
X線画像を形成するための方法及び装置Info
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Abstract
集される少なくとも2つの一連の投影データセット(P
1,P2)から形成される3Dデータセット(S1,S
2)からできるだけアーチファクトの無いX線画像を形
成する。 【解決手段】一連の投影データセットを収集する間の患
者の動きを中和するため、或る3Dデータセット
(S1)のボクセルが選択され、適切な類似性尺度で他
の3Dデータセット(S2)におけるボクセル位置が決
定されるように、3Dデータセットの互いに関する空間
位置を表す変換規則(F)を決定する。
Description
て連続的に得られる少なくとも2つの一連の投影データ
セット、各一連の投影データセットから形成される各3
DデータセットからX線画像を形成する方法に関する。
本発明は、この方法を実行するために特に適したX線装
置にも関する。
出願公報EP860696A2から既知である。この文
献では、CアームX線装置により、2つの半円の軌跡に
沿って2つの一連の投影データセットが得られる。これ
ら軌跡は互いに60°の角度で延在している。各一連の
投影データセットは各3Dデータセットを形成し、この
データから各再構成画像を形成することができる。単一
の3Dデータセットは完全で正しい再構成をするのに適
切なデータを含んでおらず、この再構成の間にアーチフ
ァクトが生じるため、二つ(又はそれ以上の)3Dデー
タセットは、重み付けられて加算されることにより結合
される。所望の画像は、結果として得られたデータから
再構成により形成される。この画像にはアーチファクト
はほとんど生じない。
トの収集は、通常、時間的に連続して行われる。その後
の結合及び再構成において、投影データセット、又はこ
のデータセットから形成される3Dデータセットの互換
性を最適にするため、例えば患者等の検査される物体は
データ収集の間動かないことが要求される。個々の一連
の投影データセットの収集の間、特に検査される物体の
位置は常に同一にすべきであり、検査される物体の直進
又は回転の動きはできるだけ小さくすべきである。しか
しながら、実際に患者を検査する間に、上記の動きを小
さくするということを完全に成し遂げることはほとんど
できないため、投影データセットを収集する間、X線画
像を例えば模型で再生することも知られている。斯かる
模型は、整合の取れた3Dデータセットが得られるよう
に、微細な調整に対して用いることができる。この操作
はユーザにより行われる。
ユーザが微細な調整を行わなくても3Dデータセットを
結合することができる方法を提供することを目的とす
る。本発明は、この目的に適するように構成されたX線
装置を提供することも目的とする。
1に開示された方法及び請求項6に開示されたX線装置
により達成される。
3Dデータセットで再生され、それ故に、個々の構成を
全ての3Dデータセットでトレースすることができると
いう事実の認識に基づいている。本発明では、この事実
は、第1の3Dデータセットの少なくとも1つのサブ体
積のボクセル画像値を選択し、これらの値を他の3Dデ
ータセットから求め、これらのことから変換規則を得る
ために用いられる。この変換規則は、個々の3Dデータ
セットを形成する間に直進又は回転動作が生じる場合、
この動作を表すものである。一般的に、サブ体積V2は
自動的に選択される。第1の3Dデータセットから選択
されるボクセルを他の3Dデータセットから探すときに
は、他の3Dデータセットから対応するボクセルを発見
するための適切な類似性尺度が用いられる。
データセットにより表される全体積に渡ってできるだけ
分配されるべき適正な数のボクセルを用いて実行するこ
とができる。発見された1つ又は複数の変換規則は、検
査される物体の動きを補正し、3Dデータセットを整合
し、これらのデータセットを完全なデータセットが形成
されるように結合し、このデータセットから所望の画像
を形成するために用いられる。本発明の方法によれば、
模型物体又はX線画像で再生される他のマーカを利用し
なくても、前述の内容を実現することができる。本発明
の方法は、自動的に、つまりユーザが介在しなくても実
行することができる。
ために、3Dデータセットの各サブ体積におけるいくつ
かのボクセル及び/又は重要な画像情報を含む個々のボ
クセルが有利に選択される。
て用いられることが好ましい。しかしながら、他の方法
も実現可能である。
置に用いられるが、コンピュータトモグラフ装置にも用
いることができる。本発明は、円錐形のX線ビームを含
むコンピュータトモグラフ装置又はX線装置に用いるこ
ともできる。
成ユニット及び演算ユニットを含む本発明に係るX線装
置が開示されている。
記載されている。
は、このCアーム20の一端に取り付けられたX線管2
と、このCアーム20の他端に取り付けられたX線検出
器3とを含む。このX線管2は円錐形のX線ビーム14
を発生する。このX線ビーム14は、例えば、検査領域
内の患者テーブル4に寝かされた患者等の検査される物
体13に照射され、この物体13に照射されたX線ビー
ム14は2次元X線検出器3に入射する。X線管2及び
X線検出器3は、Cアーム20に備えられたレール7を
介してy軸を中心に回転可能である。複数のアーム及び
リンク5,6によるサスペンションのため、Cアーム2
0の位置を異なる方向に変えることができる。例えば、
Cアーム20はx,y及びz軸を中心に回転可能であ
る。
するための動きは制御ユニット8により制御される。得
られた投影は再構成ユニット9に供給される。この再構
成ユニット9は、軌跡に沿って得られた一連の投影か
ら、各3Dデータセット及びこのデータセットから構成
可能な再構成画像を形成する。次に、このような3Dデ
ータセット又は再構成画像は演算ユニット10に供給さ
れる。この演算ユニット10は、本発明の方法に従っ
て、個々の3Dデータセットの間の変換規則(又は変換
用の変換パラメータ)を決定し、この変換規則により3
Dデータセットから所望のX線画像を最終的に決定す
る。この所望のX線画像はモニタ11に表示される。
略図を示す。各軌跡は、投影データセットを収集する
間、X線検出器3の検出器表面の中心が通過する経路を
示す。それ故に、軌跡は、各投影を行うときの全X線位
置に渡って延在する曲線である。図示されている例で
は、軌跡T1及びT2はそれぞれ半円を描き、2α=9
0°の角度で傾いている。第1の3Dデータセットは軌
跡T1に沿って得られる投影から形成されるのに対し、
第2の3Dデータセットは軌跡T2に沿って得られる投
影から形成される。これらデータセットの整合を取るた
めに、つまり、第1の一連の投影と第2の一連の投影と
を行っている間に患者が直進又は回転しないようにする
ために、以下に図3を参照しながら詳細に記載されるよ
うなやり方で、2つの3Dデータセットの間の変換規則
が決定される。
1及び202において、投影P1(α1)及びP2(α
2)2つのセットが開始点として記号で示されている。
これら2つのセットは、基準面を基準にそれぞれ角度α
1及びα2で延在する2つの軌跡T1及びT2に沿って
得られる。ブロック211及び212において、各3D
データセットS1,S2が投影データセットP1,P2
から形成される。
データセットS1,S2から変換規則が決定され、2つ
のデータセットの一方(又は双方)に(例えばS1に)
適用される。
る。 a) サブ体積V1(つまり、3Dデータセットにより
再生される体積の一部)のボクセル(例えば16×16
×16)が、2つの3Dデータセットの1つ、例えばデ
ータセットS1から選択される。この選択は、例えば、
できるだけ高いコントラストを有するサブ体積(この場
合は、サブ体積におけるボクセル画像値がこれらの平均
値からできるだけ離れている)を選択することにより、
自動的に行うことができる。 b) 次に、そのサブ体積V1におけるボクセルの座標
x1を、例えば以下の関係式に従って変換する。
原点を中心とした座標系の回転についての座標変換を表
す回転マトリックスである。上記ベクトルのうちのベク
トルx1のみが既知である(これは、ボクセルと座標の
原点とを接続するベクトルである)。ベクトルuは回転
の中心となる点の座標を表し、tはボクセルの変換に対
応するベクトルである。結果として得られるベクトルx
2は、第2の3Dデータセットにより表される体積にお
けるボクセルの座標を表す。サブ体積の全ボクセルが変
換されると、第2のデータセットS2において同じ大き
さのサブ体積V2が得られる。 c) 次に、サブ体積V2のボクセル画像値と、第1の
3DデータセットS1のサブ体積V1のボクセル画像値
との間の相関関係が、類似性尺度により評価される。次
に、第2のデータセットから選択されたサブ体積の位置
及び/又は方向が(u,t等の変化により)変化し、こ
のサブ体積とサブ体積V1との間の類似性が類似性尺度
により評価される。これらステップは、3Dデータセッ
トS1のサブ体積V1に最も相関があるサブ体積が3D
データセットS2から見つかるまで繰り返し行われる。
そして、関連する変換パラメータ(u,t又はツ )によ
り変換規則が規定される。
ついてのボクセル画像値の平均絶対差MADを用いるこ
とができる。
の数であり、V1i及びV2iは、第1のサブ体積V1
及び第2のサブ体積V2それぞれのi番目のボクセルの
画像値である。平均絶対差を最小にする代わりに、例え
ば、2乗の差の平方根を最小にしたり、類似性を適切な
相関係数(例えば、相互相関、二重相関又はピアソンの
線形相関)により評価することができる。
とにより、3Dデータセットの全てのボクセル画像値を
利用してこれらのパラメータが決定される場合よりも、
計算時間が少なくて済む。しかしながら、精度が悪くな
り、ノイズによる影響を受ける。この精度は、各3Dデ
ータセットに対して2つ又はそれ以上のサブ体積を考慮
し、異なるサブ体積に対して求めた変換パラメータを平
均することにより向上させることができる。
される物体が剛体であるという仮定に基づいている。し
かしながら、この物体は変形可能なものであってもよ
い。変換パラメータの位置依存性は、いわゆる”弾性マ
ッチング(elastic matching)”法により決定すること
ができる。
応するボクセル画像値の和を好ましくは重み付けするこ
とにより、変換された3DデータセットS1及びS2か
ら、改善された3DデータセットSを決定する。ボクセ
ル画像値に乗算される重付け係数が大きいと、関連する
軌跡T1又はT2により規定される面からのボクセルの
距離は小さく(逆の場合も同様である)、ノイズ及びア
ーチファクトは小さい。なぜならば、上記の面から比較
的離れて位置するボクセルにおいては、2つの3Dデー
タセットS1及びS2のアーチファクトがよりはっきり
とするからである。
ラフ装置を示す。円錐形のX線ビーム15を生成するた
めのコリメータ19を伴うX線源2’及び検出器3’が
円環型のガントリ18に取り付けられている。投影を得
るために、X線源2’及び検出器3’は、z軸に沿って
配される検査される物体13を中心として回転する。こ
の目的のため、ガントリ18は、制御ユニット8’によ
り制御されるモータドライバ16により駆動される。得
られた投影は、3Dデータセット及び演算ユニット10
に供給される再構成画像を形成するための再構成ユニッ
ト9に供給される。変換規則の形成及び次のX線画像の
形成は、上記のCアームX線装置1の場合と同様である
ため、これらについては省略する。
例である。本発明は、複数の3Dデータセットから完全
なデータセットを形成し、これによりX線画像を形成す
る他のX線装置にも適用することができる。図2に示す
ような軌跡及びその数も単なる例として示されている。
投影は別の軌跡に沿って得ることもでき、又は2つ以上
の軌跡に沿って得ることもできる。これら軌跡として
は、例えば、2つ又は2つ以上の平行となる完全な円の
軌跡や、互いに垂直に広がる2つの完全な円の軌跡があ
る。
グラフ装置を示す図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 異なる軌跡に沿って連続的に得られる少
なくとも2つの一連の投影データセット、各一連の投影
データセットから形成される各3Dデータセット、及び
変換規則からX線画像を形成する方法であって、 前記変換規則が、3Dデータセットの互いに関する空間
内の位置を表すものであって、1つの3Dデータセット
のボクセルが選択され、他の3Dデータセットにおける
前記ボクセルの位置が適切な類似性尺度により決定され
るようにするものであり、 前記X線画像が前記変換規則により結合される3Dデー
タセットから形成される方法。 - 【請求項2】 前記変換規則を決定するために、3Dデ
ータセットのサブ体積毎に複数のボクセルが選択される
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記変換規則を決定するために、重要な
画像情報を含む個々のサブ体積が選択されることを特徴
とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 平均絶対差、平均2乗差、2重相関又は
ピアソンの線形相関が前記類似性尺度として用いられる
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 前記投影データセットが、CアームX線
装置又はコンピュータトモグラフ装置により得られるこ
とを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 とりわけ請求項1に記載された方法を実
行するX線装置であって、 前記X線装置が、検査される物体の周囲に、異なる軌跡
に沿う複数の一連の投影データセットを収集するための
X線検出器及びX線源を含むとともに、各一連の投影デ
ータセットから3Dデータセットを形成するための再構
成ユニットと、演算ユニットとを含み、 前記演算ユニットは、3Dデータセットの互いに関する
空間内の位置を表す変換規則が、或る3Dデータセット
のボクセルを選択し、適切な類似性尺度により他の3D
データセットにおけるボクセルの位置を決定することに
より決定されるように構成され、 X線画像が前記変換規則により結合される3Dデータセ
ットから形成されることを特徴とするX線装置。 - 【請求項7】 前記X線装置が、CアームX線装置又は
コンピュータトモグラフ装置であることを特徴とする請
求項6に記載のX線装置。
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