JP2004113802A - コーンビーム投射データから物体の関心領域についての三次元画像を再構成するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　コーンビーム投射データから、物体の三次元画像を再構成するための方法である。
【解決手段】　一組のコーンビーム投射画像からなるコーンビーム投射データを獲得し、少なくとも１つのコーンビーム投射画像を選択し、選択された各コーンビーム投射画像の内部での関心領域を識別し、「点の三次元格子」を定義するものであって、この三次元格子内の点の選択された各コーンビーム投射画像内への投射が、対応する選択されたコーンビーム投射画像内での識別された関心領域をサンプリングし、該物体の三次元画像を形成すべく該三次元格子内の各点で該物体の画像を再構成する。
【選択図】　　　図１

Description

　本発明は一般的に、三次元（３D）コンピュータ断層撮影（ＣＴ：Computerize Tomography）の分野に関する。より特定的には、本発明は、１つの物体内の関心領域（ＲＯＩ：Region Of Interest）をとり囲む放射線源走査路をもつコーンビームコンピュータ断層撮影画像形成システム内での画像の再構成に関する。

　医療および工業の双方の利用分野のための従来のコンピュータ断層撮影においては、二次元（２D）画像を得るためにＸ線ファンビーム源および線形アレイ検出器が利用されている。かかる構成では、１つの物体の単一のスライスのみが一度に画像形成される。三次元画像が必要とされる場合、「スライススタック」（stack of slice）アプローチが利用されるが、これは本質的に単調で時間のかかるものである。

　「コーンビーム幾何形状」に基づく、もう１つのアプローチは、Ｘ線ビーム源の代わりにコーンビームＸ線源を、そして線形アレイ検出器の代わりに二次元アレイ検出器を利用する。物体全体は、コーンビームＸ線源により一瞬で照射を受け、従ってコーンビーム走査は、ファンビームまたは平行ビームを用いたスライス毎の走査に比べて高速である。コーンビーム投射データを得るために、例えば、Ｘ線源を基準にして固定された状態に二次元アレイ検出器を保ちながら例えば物体のまわりの円軌道といったような適当な走査軌道の中でＸ線源を移動させることによってまたは、Ｘ線源および検出器が静止状態にとどまっている間に物体を回転させることによって、好ましくは３６０度の角度範囲にわたって、物体が走査される。いずれの構成においても、走査をもたらすのは、Ｘ線源と物体の間の相対的運動である。このとき、画像の再構成は、既知の技術によって行われる。

　２次元Ｘ線投射データからの「点の３次元メッシュ」上の『密度』つまりＸ線減衰係数の直接的再構成が、近代の医療用断層撮影による画像形成の基礎である。現在、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）を用いて３次元画像を生成する市販のＸ線システムが数多く存在する。標準的にはこれらのシステムにおいて、患者は、Ｘ線を通す検査台上に載せられ、患者の軸とシリンダの軸とが一致するような形で、大きいシリンダ状の装置の中心に配置される。シリンダの壁の内部には、点Ｘ線源（X-ray point source）と線形検出器アレイとにより形成された線源−検出器対が、その点線源とその検出器の中心とが直径方向に相互に反対側にくるような形で、配置されている。点Ｘ線源は、シリンダの軸に対し垂直な平面内で１つのファンビーム放射パターンを発出する。アレイ内の検出器は、中心が点線源となる円の弧に沿って、線形に配置されている。その検出器アレイは、ファンビームの平面内に位置づけられ、ファンの極限線源を遮断するのに充分広いものである。最も単純な構成では、２次元投射データは、以下の要領で得られる。患者は、等角度のファンビーム投射を得るため、初期方向にて線源−検出器対による被曝を受ける。このとき、線源−検出器対は固定的にシリンダ軸を中心にして少しずつ角度を増大させつつ、回転させられ、さらにまたもう１つの等角度ファン投射が行われる。このようなプロセスを、投射画像が全３６０°にわたり得られるまで繰り返す。このとき、シリンダの軸に沿って少しずつ距離を増大させつつ、患者または線源−検出器対のいずれかを前送りし、さらにもう１回の３６０°にわたるファン投射を行う。このプロセスは、所望の２次元Ｘ線投射データが蓄積されるまで繰り返す。患者を貫通するスライスの内部における２次元密度分布の再構成は、３６０°（三百六十度）にわたる一連のファンビーム投射の各々から計算できる。最後に、個別の二次元分布を組合わせることによってＸ線密度関数の完全な３次元表示、ρ（ｘ，ｙ，ｚ）が得られる。

　上述のようなＣＴシステムにはいくつかの欠点がある。例えば、２次元投射画像の蓄積はゆっくりしたもので、Ｘ線放射に対する患者の被曝を長くする結果となる。これは、シリンダ軸に沿った異なる位置について反復されなくてはならないといった、３６０°ファンビーム走査からくる直接的な結果である。これは、所与の検出器感度のために、患者が受ける全被爆量が、断面走査の回数に比例して増加することから、望ましい状況ではない。もう１つの欠点は、かかるＣＴシステムが、患者に対する線源−検出器対の高速でかつ精確な並進運動を可能にする機械装置の製造コストが主たる要因となって、非常に高価なものとなる傾向にある、という点にある。さらに、かかるＣＴシステムは、融通性が幾分悪い傾向にある、すなわち、これらは標準的に特定のモダリティー（例えば胸、胃および全身用Ｘ線）用に設計されているのである。

　コーンビーム投射画像からの三次元密度分布の再構成は、上述の欠点のうちの多くを克服できるＣＴに対する代替的方法である。点Ｘ線源はコーンの中で放射線を発出して、二次元検出器アレイにより遮断される。線源−検出器対は固定的に、患者の軸と心合せされた垂直ｚ軸を中心にして、回転する。このとき、３６０°の全角度範囲にわたり各離散的回転角度において、コーンビーム投射画像がとられる。点線源から特定の投射角度における検出器平面内の１つの場所までの経路に沿ったＸ線密度分布関数の線積分は、特定の投射角度での検出器アレイ内の対応する場所にて測定されたＸ線強度に関係する。

　三次元コーンビームＣＴシステムは一般に、その他のタイプのＣＴ走査の場合に比べてより迅速に診断手順を実行可能とする。二次元検出器を利用するこのようなＣＴシステムにおいては、極めて高い解像度で空間的容積データを再構成することが可能である。一部のケースでは、この解像度は、その他のタイプの検出器で得られる解像度より１桁も高くなる。

　しかしながら、このようにさらに高い解像度でデータを操作することは一般に、長い再構成時間と再構成された容積の物理的サイズとに起因して、得策ではない。高解像度の二次元検出器は、非常に多くの画素数を有することから収集されるデータの量は極めて大きく、これは、実時間でのデータの記憶、検索および操作に関し問題をひき起こす。米国特許第６，３２４，２４３号（Edic）は、より低い解像度でサンプリングされた投射画像についての三次元再構成を最初に実施することによって、使用されるデータ量を削減することを試み、次に、関心領域の高解像度画像を再構成するために、特定の関心領域と関連した収集データの全てを使用するといった「ます」（volumetric）ＣＴ走査システムにおいて使用するための方法および装置について記述している。低解像度の三次元再構成を実施する中間段階は、物体全体の高解像度三次元再構成を実施するのに比べて明らかに利点があるものの、投射画像のうちの少なくとも１つの内部にて関心領域を識別できる場合に必要とされるものよりもなお一層の計算を必要とする。

　米国特許第６，００９，１４２（Sauer）号は、コーンビーム線源が物体のまわりをらせんパターンで走行する場合に、その物体中の関心領域（ＲＯＩ）を再構成するための技術について記述している。Sauer技術は、単に関心領域まで再構成することによって、再構成に必要とされる計算を削減することを試みている。しかしながらSauerの技術は、どのような関心領域をも再構成するためには利用しやすいものではない。むしろ、Sauerの関心領域は、そのらせんの長軸を通る平面によって物体を制限することによって、形成される。このことによりSauerの技術は、その領域のいずれの部分もらせんの長手方向軸と交差しないときは、例えば腫瘍のまわりの小さな領域を再構成するのに使用することができなくなっている。

　したがって、コーンビーム投射画像のうちの少なくとも１つのものの中で任意の関心領域を識別できるようにし、かつ、特定の関心領域について高解像度の三次元再構成の生成を提供する、三次元コーンビームＣＴシステム内で使用するための方法および装置に対するニーズが存在する。

米国特許第６，３２４，２４３号明細書 米国特許第６，００９，１４２号明細書 米国特許第５，２７０，９２６号明細書 Image-Processing Techniques for Tumor Detection, Robin N. Strickland, ed., Marcel Dekker, Inc., New York, 2002 B.van Ginneken,"Computer-Aided Diagnosis in Chest Radiography", Ph.D.Thesis, University Medical Center Utrecht, 2001 W.Martin and J.Aggarwal,"Volumetric Descriptions of Objects from Multiple Views,"IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.PAMI-5, No.2, pp.150-158, March 1983 A.Laurentini,"The Visual Hull Concept for Silhouette-Based Image Understanding," IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.16, No.2, pp.150-162, February 1994 L.A.Feldkamp, L.C.Davis, and J.W.Kress, in"Practical Cone-Beam Algorithm", J.Opt.Soc.Am.A, Vol.1, No.6, pp.612-619, June 1984 A.C.Kak and M.Slaney, in Principles of Computerized Tomographic Imaging, (Classics in Applied Mathematics, SIAM, Philadephia, 2001), Chapter 3

　本発明の目的は、コーンビーム 投射画像のうちの少なくとも１つの中で任意の関心領域を識別できるようにし、かつ、特定の関心領域について高解像度の三次元再構成の生成を提供する、三次元コーンビームＣＴシステム内で使用するための方法および装置を提供することにある。

　この目的は、一例として与えられているにすぎず、かかる目的は、本発明の少なくとも１つの実施形態の典型である。ここで開示されている発明によって本質的に達成されるその他の望ましい目的および利点は、当業者が発案しうるものであるかまたは当業者には明らかとなり得るものである。本発明は、添付のクレームによって定められる。

　本発明の１つの態様によると、コーンビーム放射データから、物体領域内部に配置された物体の関心領域についての三次元画像を再構成するための方法が提供される。該方法は、複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得する段階と、２つの投射画像の各々の内部で関心領域を識別する段階と、複数の点により定義される三次元再構成領域を識別すべく、物体領域の少なくとも一部分を通して識別された各関心領域を投射する段階と、関心領域の三次元画像を形成すべく複数の点の各々で画像を再構成する段階と、を含んでなる。

　本発明のもう１つの態様によると、コーンビーム投射データから、物体の関心領域についての三次元画像を再構成するための方法が提供される。該方法は、複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得する段階と、複数の投射画像の内部で関心領域を識別する段階と、三次元の投射されたコーンを定義すべく連携する投射画像に対応する線源位置に対し識別された各関心領域を投射する段階と、複数の点により定義された三次元再構成領域を決定すべく、投射されたコーンの交差部分をサンプリングする段階と、関心領域の三次元画像を形成すべく、複数の点の各々において関心領域を再構成する段階と、を含んでなる。

　本発明のさらなる態様によると、コーンビーム投射データから、物体領域の内部に配置された物体の関心領域についての三次元画像を再構成するための方法が提供される。該方法は、複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得する段階と、複数の投射画像のうちの１つの内部において関心領域を識別する段階と、複数の点により定義される三次元再構成領域を定義すべく、物体領域の少なくとも一部分を通して、識別された関心領域を投射する段階と、および関心領域の三次元画像を形成すべく、複数の点の各々において関心領域を再構成する段階と、を含んでなる。

　本発明のさらにもう１つの態様によると、コーンビーム投射データから、物体の関心領域についての三次元画像を再構成するための方法が提供される。該方法は、複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得する段階と、複数の投射画像のうちの第１の投射画像の内部において関心領域を識別する段階と、第１の三次元投射コーンを定義すべく、複数の投射画像のうちの第１の投射画像に対応する線源位置に対し識別された関心領域を投射する段階と、第２の三次元投射コーンを定義すべく、複数の投射画像のうちの第２の投射画像に対応する線源位置に対し複数の投射画像のうちの該第２の投射画像を投射する段階と、複数の点により定義された三次元再構成領域を決定すべく、該第１および第２の投射コーンを使用する段階と、関心領域の三次元画像を形成すべく、複数の点の各々において関心領域を再構成する段階と、を含んでなる。

　本発明のさらにもう１つの態様によると、コーンビーム投射データから、物体領域の内部に配置された物体の関心領域についての三次元画像を再構成するためのシステムが提供される。該システムは、複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得するための手段と、２つの投射画像の各々の内部にある関心領域を識別するための手段と、複数の点により定義される三次元再構成領域を識別すべく、物体領域の少なくとも一部分を通して識別された各関心領域を投射するための手段と、関心領域の三次元画像を形成すべく、複数の点の各々において画像を再構成するための手段と、を含んでなる。

　本発明のもう１つの態様によると、コーンビーム投射データから、物体の関心領域の三次元画像を再構成するためのシステムが提供される。該システムは、複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得するための手段と、複数の投射画像の内部にある関心領域を識別するための手段と、三次元の投射されたコーンを定義すべく、連携する投射画像に対応する線源位置に対し識別された各関心領域を投射するための手段と、複数の点により定義された三次元再構成領域を決定すべく、投射されたコーンの交差部分をサンプリングするための手段と、関心領域の三次元画像を形成すべく、複数の点の各々において関心領域を再構成するための手段と、を含んでなる。

　本発明のさらなる態様によると、コーンビーム投射データから、物体領域の内部に配置された物体の関心領域についての三次元画像を再構成するためのシステムが提供される。該システムは、複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得するための手段と、複数の投射画像のうちの１つの内部において関心領域を識別するための手段と、複数の点により定義される三次元再構成領域を定義すべく、物体領域の少なくとも一部分を通して、識別された関心領域を投射するための手段と、関心領域の三次元画像を形成すべく、複数の点の各々において関心領域を再構成するための手段と、を含んでなる。

　本発明のさらにもう１つの態様によると、コーンビーム投射データから、物体の関心領域の三次元画像を再構成するためのシステムが提供される。該システムは、複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得するための手段と、複数の投射画像のうちの第１の投射画像の内部において関心領域を識別するための手段と、第１の三次元投射コーンを定義すべく、複数の投射画像のうちの第１の投射画像に対応する線源位置に対し識別された関心領域を投射するための手段と、第２の三次元投射コーンを定義すべく、複数の投射画像のうちの第２の投射画像に対応する線源位置に対し複数の投射画像のうちの該第２の投射画像を投射するための手段と、複数の点により定義された三次元再構成領域を決定すべく、該第１および第２の投射コーンを使用するための手段と、関心領域の三次元画像を形成すべく、複数の点の各々において関心領域を再構成するための手段と、を含んでなる。

　本発明の以上のおよびその他の目的、特徴および利点は、添付図面に例示されているように、本発明の好ましい実施形態の以下のより特定的な記述から明らかとなる。

　以下に記述するのは、図面を参考にした、本発明の好ましい実施形態の詳細な記述である。なお図面中、同じ参照番号が複数の図の各々の中の構造の同じ要素を識別している。

　図１は、本発明の方法を実現するために適した本発明によるコーンビームＣＴシステムの図を示す。便宜上および例示を目的として、本発明のコーンビームＣＴシステムでは、患者の解剖学的特徴の画像の再構成に関して述べる。ただし、本発明は、個別的な物の画像形成に制限されるものではなく、又任意の特定の物体の画像形成に制限されるものでもない、ということを理解されたい。例えば、当業者であれば、本発明を工業的プロセスに利用することができるということを認識するであろう。

　コーンビームＣＴシステムにおいては、コーンビーム投射画像を獲得するために支持台（gantry）またはその他のスパン型枠組を利用することが知られている。該支持台を利用する場合には、投射データを収集するために物体領域の内部に配置された物体（例えばベッド上に置かれた患者）を中心にして支持台を回転させて投射データを収集することができる。プロセッサまたはコーンビームＣＴシステムコンピュータ１００がコーンビームＣＴシステムの動作を制御する。ここで支持台の回転に言及すると、好ましくは高解像度エリア検出器である検出器１０４の回転および／またはＸ線源１０２の回転を意味するものである。したがって、支持台はＸ線源１０２と検出器１０４から構成することができる。制御装置１０６および１０８は、コーンビームＣＴシステムコンピュータ１００によって制御され、それぞれＸ線源１０２および検出器１０４に結合されているものとして図１に示されている。制御装置１０６および１０８は、コーンビーム投射データを収集するために、適切な相対的回転運動がＸ線源１０２および／または検出器１０４に加えられるようにする。このように個別の制御装置は必要ではなく、単一の制御装置を利用して支持台を回転させることもできる。

　コンピュータ１００は、いつ検出器１０４をサンプリングすべきかについてデータ収集部１１０に命令することにより、データ収集プロセスを制御する。検出器１０４は、画素アレイで構成されている。各画素には、画素上に衝突するＸ線エネルギーの量に関する強度値が関連付けられている。データ収集プロセスにおいては、コンピュータ１００は、データ収集部１１０から収集した投射データを受信し、その投射データをシステムメモリ１１２内に記憶する。この投射データは、放射線写真または投射画像の形態をとる。かくしてコーンビーム投射データが獲得され、このデータには複数のコーンビーム投射画像が含まれる。

　本発明の投射によると、物体の関心領域（ＲＯＩ：Region Of Interest）が、以下に述べる技術を用いて、投射画像のうちの少なくとも１つの中にて確認される。

　技師による可視化によってまたは既知の自動化された検出器技術（例えば癌性組織および正常な組織の画像形成表示を区別するためのアルゴリズム）を用いることによって、物体の関心領域（例えば骨、器官、小結節、腫瘍またはその他の異常など）を識別することができる。特定の関心ある特徴を確認するため、コンピュータによって投射画像を処理することのできる技術が存在する。例えば、「腫瘍検出用画像処理技術」Robin N. Strickland, ed., Marcel Dekker, Inc., New York, ２００２を参照のこと。当業者であれば、かかる技術の利用の仕方を理解することができる。その他の既知の処理技術も又、投射画像を分析するのに適している。本発明は、上述の処理技術については制限されるものではない。

　特定の関心領域が確認されたとき、選択された各投射画像上への、三次元格子内の点の投射が、対応する選択された投射画像内の関心領域をサンプリングするように、「点の三次元格子」が構築される。かくして構築された「点の三次元格子」は、全ての獲得投射画像の領域（以下投射領域と呼ぶ）へ投射される。メモリ１１２に記憶された、各投射画像の投射領域に対応する投射データは、メモリ１１２から読出され、当業者に既知の技術に従って、再構成アルゴリズム１１４を用いて再構成される。したがって、本発明の三次元格子が高解像度で構築されたとき、その再構成された画像は高解像度をもつことになる。したがって、本発明は、物体全体の初期再構成を必要とすることなく、任意の関心領域を高解像度に再構成することを可能にする。この再構成は、さらに表示デバイス１１６上に表示できる。

　本発明のコーンビームＣＴシステムは、本発明の再構成アルゴリズムを実施可能に構成されるコンピュータおよびメモリを含む。この再構成アルゴリズム１１４を実施するのに用いられるコンピュータおよびメモリが、コーンビームＣＴシステム全体を動作させるために利用されるコンピュータ１００およびメモリ１１２である必要はない、という点に留意すべきである。しかし、説明を容易にするため、本発明のシステムが、コーンビームＣＴシステム用のコンピュータ１００およびメモリ１１２で構成されているものと仮定しよう。コンピュータ１００は、例えば少なくとも１つのマイクロプロセッサから構成できる。本発明のシステムが含むメモリは、マイクロプロセッサから分離してもよいし、またはマイクロプロセッサに収納された搭載されたメモリであってもよい。メモリ１１２は、いずれか特定のタイプのメモリに制限されない。好ましくはメモリは、半導体メモリであるが、例えばＣＤＲＯＭ、磁気ディスク、磁気テープなどまたは任意のその他の適切なコンピュータ読取り可能な媒体であってもよい。

　好ましい実施形態による本発明の方法は、全体として、図２を参考にして記述される。ブロック２００では、コーンビーム投射データが収集される。収集したデータは、必要とあらば特定の関心領域についての高解像度画像を再構成するために利用可能な複数の投射画像として、メモリ１１２に記憶される。さらに、ブロック２０２に示されるように、投射画像のうちの少なくとも１つが選択される。さらに、例えば、人間の肺の通路内の肺小結節といったような選択された投射画像内の少なくとも１つの関心領域を識別するためにプロセス技術が実施される。ブロック２０４で表されるこの段階は、例えば特徴認識ルーチンを実施するコンピュータによって自動的に行われていてもよいし、または、人間（例えば技師または医師）により実施されてもよい。その選択された投射画像は、人間が見れるようにするため、表示デバイス１１６上に表示できる。

　特定の関心領域が識別されたならば、その関心領域に対応する投射データは、領域の高解像度の画像を再構成するために、メモリ１１２にて利用可となる。該関心領域は、それを識別するために入力デバイス（例えばマウス、スタイラスなど）を用いる人間／技師によってまたは関心領域を自動的に識別するコンピュータによって識別される。関心領域がひとたび識別されたならば、ブロック２０６に示されるように、「点の三次元格子」が定義される。この点の三次元格子は、以下に述べる技術を用いて定義される。点の三次元格子がひとたび定義されると、ブロック２０８に示すように、格子内の各点にて体の関心領域の画像を生成するために再構成が実施される。

　したがって、高解像度の再構成を実施するのに必要とされるデータの全てを収集するために、単一走査手順が使用される。物体／患者１１８が画像化中に、図２の方法をオンラインで実施することは必要でない、という点に留意すべきである。本発明の方法は、全くのオフラインで実施することもできる。しかし好ましくは本発明は、患者１１８が画像化されるとき、実時間かつオンラインで実施される。

　あるいは、一部の段階を実時間かつオンラインで実施し、その他をオフラインで実施することも可能である。

　図３（ａ）および（ｂ）は、図２に示される方法を実施するための第１の実施形態を示している。まず第１に図３（ａ）を参照すると、コーンビームＸ線源位置３０２と二次元検出器アレイ３０４との間の視野内に物体３００が位置づけられており、かくしてコーンビーム投射画像３０５がアレイ３０４上に定義／記録される。回転軸３０６（すなわちｚ軸）がその視野および物体３００を貫通する。分析のために、点Ｘ線源（X-ray point source）位置３０２を含みかつ回転軸３０６に対して直交する中間平面３０８が定義される。慣例的に、回転軸３０６はｚ軸と呼ばれ、回転軸３０６と中間平面３０８の交差点を座標の原点とする。かくして、ｘ軸とｙ軸は、図示されるように中間平面３０８内にあり、ｘ，ｙ，ｚ座標系は、点Ｘ線源位置３０２および検出器アレイ３０４と共に回転する。複数の角度位置３１０にて物体３００を画像化するために、位置３０２は、中間平面３０８内の円軌道３１２に沿って、視野および物体３００に対し相対的に移動させられ、一方、検出器３０４は線源位置３０２に対し相対的に固定した状態に置かれる。

　図２のブロック２０２に示されるように、投射データを形成するために複数の投射画像がひとたび獲得されると、その投射画像のうちの少なくとも１つが、選択される。好ましい実施形態においては、丁度２つの投射画像が選択される。好ましくは、これら２つの投射画像は、円軌道３１２に沿って９０度離隔して現れる。図３（ｂ）は、円軌道３１２に沿って９０度離隔して現れる２つのＸ線源位置３０２および３１４を示している。９０度離隔して獲得されるこのような２つの投射画像を選択する理由は、以下の説明から明らかになる。この選択は、特定の線源位置での投射画像の中味の如何に拘わらず、その特定の線源位置に対応する投射画像を自動的に選択するように、自動的とすることができる。あるいは、その選択は投射画像の中味に基づいて、選択された該投射画像の一方または両方が所望の品質を有するように、人間によってまたは自動画像処理方法によって実施することができる。例えば、物体が人間の胸部である場合、選択された投射画像の１つは、対応する検出器位置が患者の前頭面に平行となるようなＸ線源位置からのものであるように、選ばれる。その選択された投射画像の１つがこのような特質をもつように選ばれるならば、それは、胸部Ｘ線撮影に関して開発されている専門化された自動関心領域検出技術にとってなじみやすいものである（例えば、B.van Ginneken「胸部Ｘ線撮影におけるコンピュータ援用診断」Universiy Medical Center Utrecht, 博士論文、２００１）。

　例えば人間の肺の通路内の肺小結節のような、選択された各投射画像内の物体の少なくとも１つの関心領域を確認するために、プロセス技術（図２のブロック２０４）が実施される。この段階は、例えば特徴認識ルーチンを実行するコンピュータにより自動的に実施でき、そうでなければ、人間が実施することもできる。その選択された投射画像は、人間が見れるようにすべく、表示デバイス１１６上に表示できる。好ましい実施形態においては、そのプロセス技術は、選択された各投射画像内において、関心領域の境界を識別する。一変形形態においては、そのプロセス技術は、選択された各投射画像内における関心領域を包含する境界を識別する。この包含境界は、どのような形状／サイズでもよいが、標準的には、包含境界としては、例えば円、楕円または矩形といった単純な形状をもつものが選択される。そのプロセス技術が人間によって実施される場合、各関心領域を包含する境界の識別は、錯綜した細部を含み得る関心領域の実際の境界を識別するよりも、一般にはるかに単純かつ迅速に行える。単に例示および論述を容易にするために、その包含境界によって、選択された各投射画像内の関心領域を識別するものとする。

　図４は、図３（ａ）および（ｂ）の構成を用いて図２内のブロック２０６に示される段階を実施するための第１の実施形態を示している。この実施形態においては、丁度２つの投射画像が選択されている。任意の２つの投射画像を選択できるものの、好ましくは、円軌道３１２に沿って９０度離隔して現れる図示されたＸ線源位置３０２および３１４において獲得された投射画像が選択される。これらの２つの投射画像は、それぞれＸ線源位置３０２および３１４に対応する画像４００および４０２によって示されている。ひとたび関心領域が確認されたならば、その関心領域は各投射画像４００、４０２内にて識別される。図４では、投射画像４００，４０２上に投射された関心領域は、それぞれ境界４０８および４１０によって示されている。標準的な再構成手順では、容積／領域４１２で示される境界をもって、全三次元容積を満たす格子内の各点において各画像を再構成するために、全ての投射画像が使用されることになるだろう。しかしながら、本発明では、投射画像４００および４０２内における関心領域の境界４０８および４１０がそれぞれに、それぞれのＸ線源位置３０２および３１４に逆投射されて、投射コーン４１４および４１６を形成する。投射コーン４１４の内部と投射コーン４１６の内部と容積４１２の内部とに収容された「ます」の交差部分によって形成される「ます」（volumetric）領域が、再構成領域４１８を形成する。物体領域４１２とも呼ばれる容積４１２は、物体３００や物体３００の一部分や物体３００の全てまたはその一部分と境界をなす領域や物体３００を定義／表示する容積や標準的再構成領域、等を表すものである。再構成領域４１８は、標準的な再構成領域（例えば容積４１２内に収容される全「ます」）がそうであろうと思われるほどには、大きいものではなく、それぞれ投射画像４００および４０２のそれぞれの境界４０８および４１０の内部にその投射画像が存在する物体を、含んでいる。

　以下において「点の三次元格子」と称する複数の点が、次に定義され、これらの点が再構成領域４１８を形成／外形作りする。例えば、再構成領域４１８に外接する平行六面体をサンプリングする、２５６×２５６×２５６の点（または５１２×５１２×５１２の点）を含む正規格子（regular lattice）は、再構成領域を高解像度でサンプリングすることになる。このように三次元格子を定義することにより、三次元格子が容積４１２の内部に包含される「ます」全体をサンプリングしたときに得られるであろうよりもさらに高い解像度で、関心領域を再構成することができる。

　三次元領域（すなわち再構成領域４１８）の「ます」境界は、当業者に既知の技術を用いて決定できる。例えば、三次元物体の「ます」境界を導出するために、境界を逆投射し、「ます」逆投射を交差させる技術は、三次元物体モデリングシステムの技術分野において周知のものである。例えばW.MartinおよびJ.Aggarwal.,「多重視野からの物体のボリュメトリック記述」ＩＥＥＥ.Trans. Pattern Amalysis and Machine Intelligence, ＰＡＭＩ−５巻、第２号、ｐ１５０〜１５８，１９８３年３月およびA.Laurentini,「シルエットベースの画像理解のためのビジュアル・ハルコンセプト、ＩＥＥＥ，Trans Pattern Analysis and Machine Intelligence, 第１６巻、第２号、ｐ１５０〜１６２，１９９４年２月を参照のこと。この技術は、複数の投射画像に拡大できる。実際、三次元物体の「ます」境界を導出するためにより多くの画像を使用することによって、その「ます」境界のさらに細かい描写が可能になる。しかしながら、コーンビームＣＴ再構成という状況下では、より多くの画像を選択することから、選択された各画像の中で関心領域を識別するために要する作業は増大することになる。その上、三次元物体の「ます」境界の粗い解像度により、引き続く再構成では、関心領域のエリア内で高い解像度を確実に有することになる。

　三次元全密度分布は、これらの投射画像から近似的に再構成できる。三次元再構成アルゴリズムは、L.A.Feldkamp, L.C. Davis,およびJ.W. Kress,により「実用的コーンビームアルゴリズム」、J.Opt.Soc. Am. A, 第１巻、第６号 ｐ６１２〜６１９，１９８４年６月の中で記述されている。もう１つの再構成アルゴリズムは、米国特許第５，２７０，９２６号（Tam）に開示されている。三次元再構成アルゴリズムについての付加的情報は、「コンピュータ断層撮影による画像形成の原理」（Classics in Applied Mathematics, ＳＩＡＭ，Philadelphia, ２００１）第３章の中でA.C.Kakおよび M.Slaneyによって開示されている。その他の三次元再構成アルゴリズム／技術も、当業者に既知のものである。

　２以上の投射画像を選択することができるということを理解されたい。２以上の投射画像を選択することにより、図２でブロック２０６に示される引き続く格子定義段階をしっかりと実施することが可能となる。しかしこれには、ブロック２０４に示される関心領域の識別段階においてさらに多くの作業が必要である。

　全容積４１２を採用する必要はなく、その容積４１２の一部分のみを採用してもよいということを認識すべきである。さらなる実施形態においては、容積４１２は採用されない。むしろ、また図４を参照すると、再構成領域４１８の「ます」領域は、投射コーン４１４の内部と投射コーン４１６の内部との交差部分によって形成されている。

　一変形実施形態においては、図示されたＸ線源位置３０２において獲得された投射画像のように、丁度１つの投射画像を選択することができる。このような投射画像を１つ選択することで、引き続く格子定義段階（ブロック２０６）を、図５を参照して述べる要領で、実施することが可能となる。

　図５は、図２のブロック２０６により表された段階を実施するための１変形実施形態を示している。この実施形態においては、図３（ａ）に示されたＸ線源位置３０２にて獲得されたような、丁度１つの投射画像が選択される。その投射画像は、図５に投射画像５００として示され、対応するＸ線源位置は、線源位置３０２によって示される。投射画像５００中の識別された関心領域は、境界５０４によって図示されている。投射画像５００内の関心領域の境界５０４は、その点Ｘ線源３０２まで逆投射され、投射コーン５０６を形成する。投射コーン５０６の内部と容積４１２内に収納された容積との交差部分によって、「ます」領域が形成され、この形成された「ます」領域は再構成領域５０８として定義される。再構成領域５０８は、標準的な再構成領域（例えば容積４１２内に収納された全体積）がそうであろうと思われるほどには大きくなく、そこには、投射画像５００の境界５０４内にその投射画像が存在している物体が、収納されている。図４に記述された前述の実施形態に比べると、再構成領域５０８は、その再構成領域の場所に関与する第２の画像からの第２の関心領域が存在しないことから、明らかに再構成領域４１８よりも大きい。しかし本実施形態の利点は、１つの投射画像内には１つの境界のみを置けばよいという点にある。次に、再構成領域５０８を定義／収納するために、「点の三次元格子」が定義される。例えば、再構成領域５０８に外接する平行六面体をサンプリングする２５６×２５６×２５６の点（または５１２×５１２×５１２の点）を収納する正規格子は、再構成領域を高解像度でサンプリングするであろう。三次元格子をこのように定義することにより、三次元格子が容積４１２内に収納された容積をサンプリングしたときに得られるであろうよりもさらに高い解像度でその関心領域を再構成することができる。

　図６は、図２のブロック２０６により示される段階を実施するための、さらなる実施形態を示している。この実施形態においては、少なくとも２つの投射画像が選択されるが、容積４１２は利用されず、関心領域は１つの投射画像上でのみ識別される。いずれか２つの投射画像が選択可能であるが、好ましくは、円軌道３１２に沿って９０度離隔して現れる２つの投射画像を選択する。図６に示されるように、２つの投射画像６００および６０２は、それぞれ線源位置３０２および３１４に対応する。識別された関心領域は、境界６０８として図６に示される投射画像６００上に、投射される。境界６０８は、線源位置３０２に逆投射され、かくして投射コーン６１０を形成する。しかしながら、識別された関心領域は、１つの境界を定義するものとしては、投射画像６０２上に投射されない。むしろ、全投射画像６０２はその線源位置３１４まで逆投射され、これにより投射コーン６１２を形成する。かくして、１つの境界のみが定義され投射される。ここに再構成領域６１６が、投射コーン６１０の内部と６１２の内部との交差部分により形成される。なお、容積４１２はこの実施形態では採用されなかったという点に留意されたい。再構成領域６１６は、標準的な再構成領域がそうであろうと思われるほどには大きくなく、そこには、投射画像６００の包含境界６０８内にその投射画像が存在する物体が、収納されている。このとき、再構成領域６１６を定義／収納すべく、「点の三次元格子」が定義される。例えば、再構成領域６１６に外接する平行六面体をサンプリングする２５６×２５６×２５６の点（または５１２×５１２×５１２の点）を収納する正規格子は、再構成領域を高解像度でサンプリングするであろう。

　本発明は、本発明のデータ収集および処理タスクを実施するための、いずれかの特定のコンピュータに制限されるわけではない、ということを理解されたい。本発明において使用する「コンピュータ」という語は、計算つまり本発明のタスクを実施するのに必要な計算を実施する能力をもつあらゆる識別／プロセッサを指すものである。したがって、本発明の再構成アルゴリズム１１４を実施するのに利用されるコンピュータは、必要なタスクを実施する能力をもつあらゆる装置であり得る。

　いくつかのＣＴ再構成アルゴリズムが、再構成を計算するのに適している。この目的で利用されるＣＴ再構成アルゴリズム１１４は、既知のＣＴ再構成アルゴリズムでもまた独自に開発したＣＴ再構成アルゴリズムでもよい。周知の前述のFeldkampアルゴリズムは、これらの目的に適したものである。正確なコーンビーム再構成アルゴリズムも同様にこの目的に適している。本発明は、この目的で利用される再構成アルゴリズムに関して制限されない。

　コンピュータプログラムプロダクトには、例えば、磁気ディスク（フロッピディスクなど）または磁気テープといったような磁気記憶媒体や、光学ディスク、光学テープまたは機械読取り可能なバーコードといった光学記憶装置や、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または読取り専用メモリ（ＲＯＭ）といった半導体電子記憶デバイスや、または本発明による方法を実施すべく少なくとも１つのコンピュータを制御するための命令を有するコンピュータプログラムを記憶するのに利用されるあらゆる物理デバイスまたは媒体、等の記憶媒体を含む。

本発明の方法を実現するのに適したコーンビームＣＴシステムを示す図である。 本発明によるコーンビーム投射データから物体の関心領域の三次元画像を再構成する方法のフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の特定の段階を実施するための第１の実施形態についてのコーンビーム走査構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態による「点の三次元格子」を定義するための構成を示す図である。 本発明のもう１つの実施形態による「点の三次元格子」を定義するための構成を示す図である。 本発明のさらなる実施形態による「点の三次元格子」を定義するための構成を示す図である。

符号の説明

１００…コンピュータ
１０２…Ｘ線源
１０４…検出器
１０６…制御装置
１０８…制御装置
１１０…データ収集部
１１２…システムメモリ
１１４…再構成アルゴリズム
１１６…表示デバイス
１１８…患者
２００…データ収集段階
２０２…投射画像選択段階
２０４…関心領域確認段階
２０６…三次元格子定義段階
２０８…画像再構成段階
３００…物体
３０２…Ｘ線源位置
３０４…検出器アレイ
３０５…コーンビーム投射画像
３０６…回転軸
３０８…中間平面
３１０…Ｘ線源位置
３１２…円軌道
３１４…Ｘ線源位置
４００…投射画像
４０２…投射画像
４０８…関心領域：境界
４１０…関心領域：境界
４１２…容積：物体領域；標準的再構成領域
４１４…投射コーン
４１６…投射コーン
４１８…再構成領域
５００…投射画像
５０４…関心領域：境界
５０６…投射コーン
５０８…再構成領域
６００…投射画像
６０２…投射画像
６０８…関心領域：境界
６１０…投射コーン
６１２…投射コーン
６１６…再構成領域

Claims (4)

1. 　コーンビーム投射データから、物体領域の内部に配置された物体の関心領域についての三次元画像を再構成するための方法において、
   　ａ）複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得する段階と、
   　ｂ）２つの投射画像の各々の内部にある関心領域を識別する段階と、
   　ｃ）複数の点により定義される三次元再構成領域を識別すべく、物体領域の少なくとも一部分を通して識別された各関心領域を投射する段階と、
   　ｄ）前記関心領域の三次元画像を形成すべく、複数の点の各々において画像を再構成する段階と、
   　を有することを特徴とする方法。
2. 　コーンビーム投射データから、物体の関心領域についての三次元画像を再構成するための方法において、
   　ａ）複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得する段階と、
   　ｂ）複数の投射画像の内部にある関心領域を識別する段階と、
   　ｃ）三次元の投射されたコーンを定義すべく、連携する投射画像に対応する線源位置に対し前記の識別された各関心領域を投射する段階と、
   　ｄ）複数の点により定義された三次元再構成領域を決定すべく、前記投射されたコーンの交差部分をサンプリングする段階と、
   　ｅ）前記関心領域の前記三次元画像を形成すべく、複数の点の各々において該関心領域を再構成する段階と、
   　を有することを特徴とする方法。
3. 　コーンビーム投射データから、物体領域の内部に配置された物体の関心領域についての三次元画像を再構成するための方法において、
   　ａ）複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得する段階と、
   　ｂ）前記複数の投射画像のうちの１つの内部において関心領域を識別する段階と、
   　ｃ）複数の点により定義される三次元再構成領域を定義すべく、前記物体領域の少なくとも一部分を通して、前記の識別された関心領域を投射する段階と、
   　ｄ）前記関心領域の前記三次元画像を形成すべく、前記複数の点の各々において前記関心領域を再構成する段階と、
   　を有することを特徴とする方法。
4. 　コーンビーム投射データから、物体の関心領域についての三次元画像を再構成するための方法において、
   　ａ）複数のコーンビーム投射画像からなるそのコーンビーム投射データを獲得する段階と、
   　ｂ）前記複数の投射画像のうちの第１の投射画像の内部において関心領域を識別する段階と、
   　ｃ）第１の三次元投射コーンを定義すべく、前記複数の投射画像のうちの前記第１の投射画像に対応する線源位置に対し前記の識別された関心領域を投射する段階と、
   　ｄ）第２の三次元投射コーンを定義すべく、前記複数の投射画像のうちの第２の投射画像に対応する線源位置に対し前記複数の投射画像のうちの該第２の投射画像を投射する段階と、
   　ｅ）複数の点により定義された三次元再構成領域を決定すべく、前記第１および第２の投射コーンを使用する段階と、
   　ｆ）前記関心領域の前記三次元画像を形成すべく、複数の点の各々において該関心領域を再構成する段階と、
   　を有することを特徴とする方法。
   

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