JP2006102491A - 多重エネルギトモシンセシスのための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 多重エネルギトモシンセシスイメージングの使用に関する。
【解決手段】 簡潔に、１つの実施形態によれば、本技法は多重エネルギトモシンセシス・イメージングシステム（１０）を提供する。本システムは、イメージング・ボリュームに対して制限角度範囲内の複数の位置からＸ線（２４）を照射するように構成されたＸ線源（１４）を含む。イメージング・システム（１０）はまた、照射されるＸ線（２４）に応答して画像を生成するための検出器素子のアレイを具備するデジタル検出器（１８）を含む。イメージングシステムは更に、デジタル検出器（１８）から画像を収集するための検出器収集回路（３４）を含む。イメージング・システム（１０）はまた、エネルギ特性に基づいて複数の画像を分解し、且つ複数の画像を再構成して３次元多重エネルギトモシンセシス画像を生成するように構成された処理回路（３６）を含むことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は一般に、非侵襲的イメージングの領域に関し、より具体的には多重エネルギトモシンセシスイメージングの使用に関する。

現代の医療施設において、イメージングシステムは、疾患又は他の病状の識別及び診断などにおいて患者の治療に用いることができる。例えば、放射線システム、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム、二重エネルギ・システム、及びトモシンセシスなどのＸ線ベースのシステムは、患者を透過するＸ線の減弱に基づき患者の内部画像又はビューを生成し、すなわち異なる組織がＸ線を異なるように吸収又は反射する。逆に、超音波、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、及び陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）などの他のイメージング診断装置は、他の物理的現象に基づき、患者の内部画像又はビューを非侵襲的方法で生成することができる。

上述のように、トモシンセシスは、患者の内部ビューを生成するＸ線ベースの技法の１つの実施例である。トモシンセシスシステムにおいて、Ｘ線は患者に対して異なる位置で照射され、その結果、３次元すなわち奥行き情報が収集画像において利用可能となる。このようにして、患者の内部領域の３次元画像を得ることができる。しかしながら、トモシンセシス法は患者の内部領域の３次元画像の再構成に効果的であるが、骨格及び軟組織（又は他の組織タイプ）が画像内に同時に存在することで、診断上関心のある領域が不透明な組織によりマスクされ又は隠される場合には、その有用性が制限されることがある。

Ｘ線ベースのイメージングのマスクされた組織の視認性を改善するのに用いられる１つの技法は、異なるエネルギ・スペクトル又はプロファイルを有するＸ線照射を使用するものである。例えば、Ｘ線画像は、２つの異なるＸ線エネルギプロファイル（すなわち二重エネルギ）を用いて患者又は患者の一部分から収集することができ、これにより画像データの異なるセットが各エネルギプロファイルに対して収集される。画像データの異なるセットを用いて処理されるときに、撮像ボリュームの密度又は減弱特性を特徴付ける異なる画像を構成することができる。収集された画像データを分解することにより、画像を生成することができ、これにより、医療関係における骨格又は軟組織などの撮像ボリュームの合成が区別して反映される。
米国特許第６７５４２９８号

しかしながら、かかる二重又は多重エネルギ法を使用するトモシンセシス・イメージングは、その有用性を低下させる欠陥をやはり有することがある。例えば、二重エネルギＸ線イメージングを用いて収集されたトモシンセシス画像は、検査する放射線専門医に状況を提供するのに有用な骨格組織などの解剖学的組織が除去される場合があるので、判読が困難である可能性がある。或いは、呼吸又は心運動など患者の運動により画質が低減される場合があり、これは画像内に運動に関連するアーチファクトを導入する可能性がある。本技法は、これらの問題並びに他の問題に対処することができる。

簡潔に、１つの実施形態によれば、本技法は多重エネルギトモシンセシス・イメージングシステムを提供する。本システムは、イメージング・ボリュームに対して制限角度範囲内の複数の位置からＸ線を照射するように構成されたＸ線源を含む。イメージングシステムはまた、照射されたＸ線に応答して画像を生成するための検出器素子のアレイを具備するデジタル検出器を含む。イメージングシステムは更に、デジタル検出器から画像を収集するための検出器収集回路を含む。イメージングシステムはまた、エネルギ特性に基づいて複数の画像を分解し、且つ複数の画像を再構成して３次元多重エネルギトモシンセシス画像を生成するように構成された処理回路を含むことができる。

別の態様によれば、本技法は、多重エネルギトモシンセシス画像を収集する方法を提供する。本方法は、制限角度範囲にわたって多重エネルギ投影画像を収集する段階と、多重エネルギ投影画像を分解して分解投影画像を生成する段階とを含む。本方法は更に、分解された投影画像を再構成して１つ又はそれ以上の３次元合成画像を生成する段階、又は複数の多重エネルギ投影画像を再構成して１つ又はそれ以上の３次元エネルギ画像を生成する段階を含む。方法はまた、１つ又はそれ以上の３次元合成画像又は３次元エネルギ画像のうちの少なくとも１つを表示する段階を含む。

本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、同じ参照符合が図面全体を通じて同じ要素を表す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとよりよく理解されるであろう。

本技法は、一般に、医療及び非医療用途のための有用な画像を生成するトモシンセシス・イメージング法に関する。当業者には理解されるように、本技法は、様々な医療用、並びに旅行者及び／又は手荷物検査などの非医療用途で適用し、有用な３次元データ及びコンテキストを提供することができる。しかしながら、本技法の説明を容易にするために、本明細書では全体的に医療用の実施について検討するが、非医療用の実施もまた本発明の技法の範囲内であることを理解すべきである。

トモシンセシス・イメージングは、患者に対してほぼ１８０度よりも小さい制限角度範囲にわたって収集される、限定された数の投影画像を使用する。投影画像は、結合されて再構成され、患者の全て又は一部の３次元画像を生成する。例えば、投影画像は、検出器に平行な平面内で、或いは検出器及び／又は患者に対して円弧状で移動するＸ線源を用いて生成することができる。投影が収集される異なるビュー又は位置は、結合され再構成されると所望の３次元情報をもたらす。

次に図面に関して、最初に図１を参照すると、本技法により用いられる多重エネルギ・トモシンセシスシステム１０の例示的な実施形態が図示されている。図示のように、トモシンセシスシステム１０は、位置決め装置、すなわちＸ線源１４を支持する支持体１２を含む。支持体１２は、線源１４とイメージング・ボリュームとの間に要望どおりに位置決めすることができる１つ又はそれ以上のＸ線フィルタ１６を含むことができる。フラット・パネル検出器などのデジタル検出器１８は、一般的にＸ線源１４からイメージング・ボリュームにわたり位置付けられ、固定とすることができ、或いはＸ線源１４及び／又は支持体１２と連携して、又はこれらから独立して移動することができる。散乱線除去グリッド２０もまた、デジタル検出器１８とイメージング・ボリュームとの間に存在することができる。存在する場合には、散乱線除去グリッド２０は通常、デジタル検出器１８への散乱Ｘ線の入射を低減するため、デジタル検出器１８に近接して取り付けられる。１つの実施形態において、散乱線除去グリッドは操向可能とすることができる。別の実施形態において、散乱線除去グリッドは存在することができないが、代わりにアルゴリズム散乱補正を実行して定量的投影画像を取得することができる。

Ｘ線源１４は、制限角度範囲内で複数の位置から患者２２内の関心領域を囲むイメージング・ボリューム内に位置付けられた患者２２の全て又は一部に向かってＸ線を照射するように構成されている。Ｘ線源１４は、１次元、２次元、又は３次元で異なる位置に手動又は自動的手段のいずれかにより移動することができ、これによりＸ線源１４は、患者２２及び／又はデジタル検出器１８に対する位置を変更することができる。通常、角度範囲は、Ｘ線源１４の両端位置間の８０度前後とすることができるが、これに限定されない。一般的に、角度範囲は通常、Ｘ線源１４の両端位置間の１８０度よりも小さい。

通常Ｘ線源は、所望の対象物又は患者２２をイメージングするのに有用な１つ又はそれ以上のスペクトルでＸ線を照射するように構成されている。例えば医療関係において、Ｘ線源は、患者イメージングに用いることができるＸ線放射線の広域スペクトルを照射することができ、或いはＸ線の所望の伝達特性に基づく患者イメージングに各々有用な１つ又はそれ以上の狭域スペクトルでＸ線を照射することができる。Ｘ線は、１つ又はそれ以上の位置でＸ線源１４から、又はＸ線放射線の１つ又はそれ以上の発生器により照射することができる。例えば、Ｘ線源１４は、イメージング中にＸ線源１４の角度範囲内で幾つかの位置に移動するように構成されるＸ線管とすることができる。或いは、Ｘ線源１４は、所望の照射位置に幾つかの固定Ｘ線管（すなわち所望の各照射位置に位置付けられたＸ線管）を含み、又は角度範囲内の所望の照射位置に配置又は移動することが可能な固定及び可動Ｘ線管の組み合わせを含むことができる。

Ｘ線管は、Ｘ線源１４によるＸ線発生の１つの可能性であるが、他の実施形態においては、Ｘ線源１４は、他のＸ線発生及び照射法を利用してもよい。例えば、Ｘ線源１４は、上述の実施におけるＸ線管の代わりに固体Ｘ線エミッタ、すなわち１つ又はそれ以上の可動又は固定の固体エミッタを使用することができる。しかしながら、Ｘ線管及び固体Ｘ線エミッタは、利用可能なＸ線発生及び照射法の２つの例であるが、医療用（又は工業用）に有用なスペクトルを有するＸ線を発生することが可能な他のＸ線発生法又は装置も同様に、本技法と連動して使用することもできる。

上述のようにＸ線源１４は、患者２２を透過してデジタル検出器１８に向かってＸ線放射線２４を照射する。デジタル検出器１８は通常、Ｘ線照射線２４に応答してデジタル信号を生成するように構成された検出器素子のアレイを含む。本技法の１つの実施形態において、デジタル検出器１８は、ピクセルに衝突する種々のフォトンのエネルギを識別せず、すなわち各ピクセルは多様なＸ線スペクトルの電荷情報を蓄積して表す。かかる実施形態において、Ｘ線フィルタ１６を用いて、Ｘ線照射を交互にするなどのため、異なる時間に送信されたスペクトルを制限又は変更することによりＸ線エネルギの区別を可能にすることができる。Ｘ線フィルタ１６は、銅、アルミニウム、鉄、モリブデン、スズ、バリウム、ガドリニウム、タングステン、鉛又は他の好適な材料で製造することができる。或いは、本技法の別の実施形態において、Ｘ線源１４は、２つ又はそれ以上のスペクトルでＸ線を照射するように構成可能とすることができ、これによりオフセットスペクトル又はエネルギプロファイルを有するＸ線は、フィルタ１６を使用せずに異なる時間に送信することができるようになる。

代替として、更に別の実施形態において、Ｘ線源１４はフィルタ処理されず、或いは２つ又はそれ以上のスペクトルで照射するように構成されていないが、デジタル検出器１８は、エネルギ識別検出器とすることができ、単独で異なるエネルギプロファイル又はレベルを有するＸ線放射線２４を識別することが可能である。例えば、１つの実施形態においてエネルギ識別検出器は、1回の照射でＸ線源の特定位置の高エネルギ及び低エネルギ両方の画像を取り込むように用いられる。同様に、別の実施形態において、デジタル検出器１８は、シンチレータ及びフォトダイオードのスタックアレイを含むことができ、この各スタックは、異なるスペクトル又はエネルギプロファイルを有するＸ線を検出するように構成されている。この実施形態において、デジタル検出器１８を用いて、高エネルギ及び低エネルギ画像を同時に取り込むことができる。

Ｘ線源１４の動作は、システムコントローラ２６で制御することができる。例えば、システムコントローラ２６は、Ｘ線コントローラ３０によりコリメーション及びタイミングを含むＸ線源１４の起動及び動作を制御する。更に、Ｘ線源が１つより多いエネルギプロファイルでＸ線を照射するように構成されている実施形態において、システムコントローラ２６は、エネルギプロファイル切替回路２８によりＸ線照射のエネルギプロファイルを制御又は選択するように構成することができる。

Ｘ線源１４及び／又はデジタル検出器１８の移動はまた、互いに独立して又は同調して移動するようモータコントローラ３２などのシステムコントローラ２６が制御することができる。例えば、１つの実施形態において、モータコントローラ３２は、Ｃ型アームなどの位置決め装置１２の動作を制御することができ、該位置決め装置にＸ線源１４及び／又はデジタル検出器１８が物理的に取り付けられる。一般に、位置決め装置１２は、予め定められた、又はオペレータが選択したイメージング軌道に従って、Ｘ線源１４及び／又はデジタル検出器１８の物理的移動を可能にする。従って、位置決め装置１２により、システムコントローラ２６は様々な角度で患者を透過する放射線投射の収集を容易にすることができる。或いは、Ｘ線源１４及びデジタル検出器１８が固定されている実施形態においては、Ｘ線源１４が、検出器１８に対して種々の角度で固定された複数のＸ線管又は固体エミッタを含む場合、位置決め装置１２は存在しない。別の混成型構成も同様に可能であり、例えば１つの実施形態において、集合として（すなわち個々にではなく）移動する複数のＸ線源１４を使用することができる。加えて、幾つかの実施形態において、患者又は撮像対象物は、１つ又は複数のＸ線源及び／又は検出器と相対的に移動して、制限角度範囲にわたって異なるビューで投影角度を生成することができる。

システムコントローラ２６はまた、検出器収集回路３４などを通じて、デジタル検出器１８の動作及び読み出しを制御することができる。１つの実施形態において、デジタル検出器１８は、Ｘ線照射に応答して収集されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、同信号を検出器収集回路３４に提供して更に処理を行う。処理回路３６は通常、検出器収集回路３４によりデジタル検出器１８から読み出されたデータを処理し再構成するために存在する。詳細には、投影データ又は投影画像は通常、Ｘ線源１４により照射されたＸ線に応答して検出器収集回路３４により生成される。Ｘ線が異なる時間で異なるスペクトル又はエネルギプロファイルを有するように生成又はフィルタ処理される実施形態において、投影画像は、定められた位置全てにおいて特定のエネルギプロファイルで収集することができ、処理は、他のエネルギプロファイルについて繰り返すことができる。或いは、投影画像はまた、特定位置にあるエネルギプロファイルの全てについて収集することができ、処理は、定められた位置全てについて繰り返すことができる。他の収集シーケンスも同様に可能である。しかしながら、デジタル検出器１８としてエネルギ識別検出器を使用する実施形態において、各投影画像が所望のエネルギ情報を含むときには、各位置において通常１つの投影画像のみが収集される。検出器１８により収集された投影データは、検出器収集回路３４及び／又は処理回路３６で前処理を受けることができる。加えて、処理回路３６は、投影データを再構成して、表示用に１つ又はそれ以上の３次元画像を生成する。

例示的なトモシンセシスシステム１０はまた、限定ではないが、心運動センサ又は呼吸運動センサなどの感知装置３８を含む。感知装置３８は、患者２２に接続して、イメージング・ボリューム内の１つ又はそれ以上の器官の運動に関連する電気的活動、変位、加速、歪み、速度、圧力及び音などのイメージング・ボリューム内の内部又は外部運動に関連する動作を監視する。感知装置３８で得られたデータはまた、処理回路３６により収集して処理することができる。

処理回路３６は、エネルギ特性に基づき投影画像を分解することができ、これにより異なるエネルギ特性が異なる材料タイプと関連付けられることになる。処理回路３６は更に、投影画像を再構成して、３次元トモシンセシス画像を生成することができる。以下で述べるように、再構成及び分解のステップは、いずれかの順番で実行することができるが、一般的に双方のステップが実行されるときには、異なる材料又は組織タイプを表す合成３次元トモシンセシス画像が生成される。例えば、合成トモシンセシス画像は、軟組織トモシンセシス画像、骨格トモシンセシス画像、及び／又は造影剤画像を含むことができる。逆に、処理回路が、投影データを分解することなく収集された投影データを再構成する場合には、低エネルギ・トモシンセシス画像、中間エネルギトモシンセシス画像、及び高エネルギ・トモシンセシス画像などのエネルギトモシンセシス画像を生成することができる。これらのエネルギトモシンセシス画像は、イメージング・ボリューム内の患者２２又は対象物によるそれぞれのエネルギプロファイルでのＸ線源弱を示している。医療関係において、様々なトモシンセシス画像は、より詳細な診断に用いることができる患者２２の内部関心領域を明らかにする。処理回路３６はまた、処理されたデータ及び処理されることになるデータを格納する記憶回路を含むことができる。記憶回路はまた、処理パラメータ及び／又はコンピュータ・プログラムを格納することができる。

処理回路３６は、オペレータ・ワークステーション４０に接続することができる。処理回路３６により生成された画像は、表示装置４２上などで表示するためにオペレータ・ワークステーション４０に送信することができる。処理回路３６は、オペレータ・ワークステーション４０からの画像又は画像データ処理に関する命令又は処理パラメータを受信するように構成することができ、該オペレータ・ワークステーションは、キーボード、マウス、及び他のユーザ対話用装置（図示せず）などの入力装置を含むことができる。また、オペレータ・ワークステーション４０をシステムコントローラ２６に接続して、オペレータがＸ線源１４及び／又は検出器１８の動作に関する命令及びスキャン・パラメータをシステムコントローラ２６に供給可能にすることができる。従って、オペレータは、オペレータ・ワークステーション４０を介してシステム１０の全て又は一部の動作を制御することができる。

オペレータ・ワークステーション４０は通常、処理回路３６により生成されたトモシンセシス画像をレンダリングすることができる表示装置４２及び／又はプリンタ４４に接続される。オペレータ・ワークステーション４０内の表示装置及び／又はプリンタ回路は通常、トモシンセシス画像をレンダリング用にそれぞれの表示装置４２又はプリンタ４４へ供給する。更に、オペレータ・ワークステーション４０はまた、医用画像保管管理システム（ＰＡＣＳ）４６に接続することができ、該システムは次いで、ネットワークを通じて内部ワークステーション４８及び／又は外部ワークステーション５０に接続することができ、これにより別の場所にいる人がトモシンセシス画像及び／又は画像データへアクセスすることができる。同様に、オペレータ・ワークステーション４０は、処理回路３６による処理及び／又は表示装置４２又はプリンタ４４上でのレンディションのため、ＰＡＣＳ４６を介してアクセス可能な画像又はデータにアクセスすることができる。

図１のシステムを踏まえて、図２は、本技法の態様による多重エネルギトモシンセシス画像の収集、再構成、及び表示の例示的な処理ステップを示す。表示さている例示的な方法は、関心のある各エネルギプロファイル（すなわちＸ線スペクトル）及び位置（すなわち照射点）についての多重エネルギ投影画像５２を収集する段階を含む。例えば上述のように、投影画像は定められた位置全てにおける特定のエネルギプロファイルで収集することができ、残りのエネルギプロファイルについて処理を繰り返すことができる。或いは、投影画像はまた、特定の定められた位置でのエネルギプロファイルの全てについて収集することができ、残りの位置について処理を繰り返すことができる。

上述のように、収集された多重エネルギ投影画像５２を分解して、材料密度又は合成（第１及び第２の組織タイプで示されるような）に基づいて画像データを区別することができ、これはステップ５４で示される。投影画像は、幾つかの方法を挙げると、対数サブトラクション、基材分解法を用いて分解することができる。分解処理５４は、幾つかの分解された投影画像５６を生成する。当業者には理解されるように、ステップ５４での投影画像の分解は、収集された投影データのエネルギ特性に基づくことができ、これにより異なるエネルギ特性が異なる材料タイプと関連付けられるようになる。分解された投影画像５６は次に、再構成されて、ステップ５８に示されるように１つ又はそれ以上のそれぞれの材料タイプの３次元合成画像６０を生成する。例えば、ステップ５８での再構成は、幾つかのアルゴリズムを挙げると、フィルタ補正逆投影、代数的再構成法、シフト・アンド・アド（ｓｈｉｆｔ ａｎｄ ａｄｄ）、フーリエ再構成、目的関数ベース再構成などの再構成アルゴリズムを用いて実行することができる。１つの実施形態において、これらの３次元合成画像６０は、軟組織トモシンセシス画像６２、骨格トモシンセシス画像６４、及び造影剤トモシンセシス画像６６を含むことができる。更に、３次元エネルギ画像７０はまた、ステップ６８で、分解することなく多重エネルギ投影画像５２を再構成することにより生成することができる。３次元エネルギ画像７０は、高エネルギ・トモシンセシス画像７２、中間エネルギトモシンセシス画像７４、及び低エネルギ・トモシンセシス画像７６を含むことができる。上記の３次元画像は、材料タイプの密度及び他の特性などの定量的データをも提供することができる。

上記の１つ又はそれ以上のトモシンセシス画像は、ステップ７８で後処理を受けて、アーチファクトを最小にし、又は回避し、或いは画像を他の方法で修正又は増強することができる。次いで、３次元トモシンセシス画像は、ステップ８０で、オペレータ・ワークステーション４０により、それぞれの表示装置４２又はプリンタ４４上に表示又はレンダリングすることができる。

例えば、ステップ８０において、表示回路は、画像の２つ又はそれ以上の間でオペレータが選択切り替えすることができることにより、３次元画像の１つ又はそれ以上を表示することができる。別の実施形態において、表示回路は、２つ又はそれ以上の３次元画像を１つ又はそれ以上の表示装置４２上に同時或いは交互に表示するように構成される。別の実施形態において、表示回路はまた、軟組織トモシンセシス画像６２などの第２の３次元画像上に重畳された造影剤トモシンセシス画像６６などの第１の３次元画像の構造特徴部を表示するように構成される。更に別の実施形態において、表示回路は、１つ又はそれ以上の３次元画像の組み合わせを表示するように構成される。別の実施形態において、表示回路は、同期映像視覚化法を用いて３次元画像の２つ又はそれ以上を表示するように構成される。

或いは、多重エネルギトモシンセシス画像を収集、再構成、及び表示する工程は、図３に示されるように、合成３次元画像７０を生成する際に分解の前に再構成がくるように実行することができる。この実施形態において、多重エネルギ投影画像５２は、ステップ８４で再構成されて、多重エネルギ３次元画像７０を生成する。図３に示されるように、後続の分解ステップ８８がない場合、再構成された３次元エネルギ画像７０は、図２に関して説明された画像すなわち高エネルギ・トモシンセシス画像７２、中間エネルギトモシンセシス画像７４、及び高エネルギ・トモシンセシス７６に等しい。しかしながら、再構成された３次元エネルギ画像７０がステップ８８で分解されると、３次元合成画像６０が生成される。上述のように、これらの３次元合成画像６０は、軟組織トモシンセシス画像６２、骨格トモシンセシス画像６４、及び造影剤トモシンセシス画像６６を含むことができる。次いで、これらのトモシンセシス画像は、ステップ７８で後処理を受け、ステップ８０で表示及び視覚化することができる。

１つの実施形態において、多重エネルギ投影画像は、Ｘ線源１４の限定された数の位置又は照射点に対して収集され、単一エネルギ投影画像（すなわち第１の数の位置よりも少ないエネルギプロファイルで収集された画像）は、他の位置又は照射点に対して収集される。次いで、多重エネルギ投影画像は、図２及び図３の技法に従って処理して、限定数の多重エネルギ投影画像から派生した合成情報に依存する合成トモシンセシス画像６０を生成することができる。次に、合成トモシンセシス画像６０は、単一のエネルギ画像にわたって投影してサブトラクトし、軟組織などの他の構造体の画像を生成することができる。１つの実施例において、二重エネルギ画像がＸ線源の照射点の第１のサブセットに対して収集され、次で、これらの画像を用いて、３次元骨格トモシンセシス画像を再構成する。この３次元骨格トモシンセシス画像からの情報を用いて、他の収集された投影画像（Ｘ線照射点の第２のサブセットに対応する）における骨格の差の寄与は、例えば骨格トモシンセシス画像を再投影し、収集された投影画像から再投影画像をサブトラクトすることにより求めて除去することができる。結果として得られた画像（Ｘ線照射点の第２のサブセットに対応する）は、軟組織情報しか示さず、従って、Ｘ線照射点の第１のサブセットに対応する軟組織画像と組み合わせて用いて、高品質の軟組織トモシンセシス画像を再構成することができる。

幾つかの実施形態において、心拍又は呼吸などの周期的又は反復的運動に対応する所望の期間又は位相に対して投影画像収集を制限することが望ましい場合がある。図４は、予測ゲーティングを用いてゲーティングされた多重エネルギトモシンセシス画像を収集するための１つの例示的な実施形態を示すフローチャートである。例示的な処理には、ステップ１１４に示されるように、第１のエネルギプロファイルを有するＸ線に基づく第１の投影画像、及びステップ１１８に示されるように第２のエネルギプロファイルを有するＸ線に基づく第２の投影画像を収集することを含む。更に、当業者には理解されるように、ステップ１２０に示されるような追加の投影画像収集を追加のＸ線エネルギプロファイルに対して行うことができる。

ステップ１１４、１１８及び１２０の投影画像収集は、１つ又はそれ以上のそれぞれのゲーティング間隔１１２に基づいている。ゲーティング間隔１１２は、最小の心運動又は呼吸運動の周期などの関心のある周期に基づいて決定することができ、１つの実施形態においては感知された運動データ１１６に基づいている。この実施形態において、感知された運動データ１１６は、画像収集工程中の撮像領域における患者又は器官運動を記録する、感知装置３８などの他の装置から得られたデータを含む。別の実施形態において、ゲーティング間隔１１２は、投影画像の初期又は予備集合などの収集された投影データから導出することができ、これらから撮像領域内の器官の周期的又は反復的運動が求められる。

ステップ１２２において、全ての定められた位置又は所望の位置での投影画像収集の工程が完了したかどうかが判定される。全ての所望の位置で収集が行われていない場合には、ステップ１２４に示されるように、Ｘ線源は次の位置で移動又は起動され、投影画像はゲーティング間隔１１２に基づいて収集される。或いは、投影画像は、異なる順序又はシーケンスで収集してもよい。ステップ１２２で判定されるように、画像収集が完了すると、結果として得られたゲーティングされた多重エネルギ投影画像１２６は、前出の検討に従って処理して、１つ又はそれ以上の所望のトモシンセシス画像を生成することができる。

別の実施形態において、図５に示されるように、レトロスペクティブ（遡及的）ゲーティングを使用して、ゲーティングされた多重エネルギ投影画像のセットを生成することができる。例えば、この実施形態において、患者の周りで１８０度より小さく回転するボリューム・イメージング・システムを用いて収集することができるような、多重エネルギ投影画像の拡張セット１２８は、所望の位相又は複数の位相に対応する投影画像のみが処理されるように遡及的にゲーティングすることができる。例えば、ステップ１３４に示されるように、運動の１つ又はそれ以上の所望の位相に対応するこれらの多重エネルギ投影画像は、１つ又はそれ以上のゲーティング間隔１３０に基づいて多重エネルギ投影画像の拡張セット１２８から選択することができる。ゲーティング間隔１３０は、上述のように感知された運動データ１１６から、又は多重エネルギ投影画像の拡張セット１２８の投影画像から得られた運動データから導き出すことができる。これにより選択され且つゲーティングされた多重エネルギ投影画像１３６を、前出の検討に従って処理して、１つ又はそれ以上の所望のトモシンセシス画像を生成することができる。１つの実施形態において、ゲーティングされた多重エネルギ投影画像のセット１３６を用いて、時間的情報を含む観察のための４次元データ・セットを生成することができる。詳細には、この実施形態において、多重エネルギ投影画像１２８の拡張セット及び関心のある多重位相の選択は、ゲーティング間隔１３０で反映されるように、ステップ１３４で１つより多い関心位相で投影画像の選択を可能にすることができる。

前出の検討では、ゲーティング法によるタイミングに起因する画像の差の最小化に取り組んでいるが、周期的又は反復的な動作に起因しない運動により、空間的差異もまた収集された投影画像内に存在する可能性がある。これらの空間的差異は、画像位置合わせにより異なる時点で取り扱うことができる。当業者には理解されるように、画像の位置合わせは、これにより異なる時点で異なる診断装置により、或いは異なる位置すなわちビューから生成される画像が、画像内に示される１つ又はそれ以上の特徴部が整列するように一致される技法である。位置合わせは、画像内に意図的に配置されたマーカ又は標識に基づいて、或いは未処理又は処理済み画像データ内の識別可能な構造体又は特徴部に基づいて行うことができる。位置合わせのための他の技法を用いてもよい。

１つの実施形態において、位置合わせを用いて、異なるエネルギ・レベルで同じ位置又はわずかにオフセットした位置で収集された投影画像の１ペア（又はそれ以上）内に存在する構造体を整列させることができる。例えば、図６を参照すると、この実施形態による例示的な工程が、多重エネルギ投影画像を位置合わせするために示される。例示的な工程は、ステップ１３８に示されるように第１のエネルギプロファイルを有するＸ線に基づいて第１の投影画像を収集し、及びステップ１４０に示されるように同じ位置又はわずかにオフセットした位置で第２のエネルギプロファイルを有するＸ線に基づいて第２の投影画像を収集する段階を含む。更に、当業者には理解されるように、追加の投影画像収集を、ステップ１４２に示されるように、同じ位置又はわずかにオフセットされた位置で追加のＸ線エネルギプロファイルに対して行うことができる。決定ブロック１４４で収集工程が完了してないと判定された場合には、Ｘ線源は、ステップ１４６に示されるように次の位置で起動される。しかしながら、決定ブロック１４４で収集が完了したと判定された場合には、空間位置合わせは収集された投影画像に進むことができる。

位置合わせに用いられることになるマーカは、ステップ１４８で位置合わせされるべき画像において識別される。識別されたマーカに基づいて、画像は、ステップ１５０で位置合わせ又は整列され、位置合わせされた投影画像１５２を生成し、再構成及び／又は再構成と分解などにより処理されて、１つ又はそれ以上の所望のトモシンセシス画像を生成することができる。

投影画像の位置合わせに加えて、他の位置合わせ法も使用してもよい。例えば、１つの実施形態において、２次元多重エネルギ画像は、表示又は視覚化の前に位置合わせすることができる。例えば、図７を参照すると、本技法の実施形態による多重エネルギ画像を位置合わせする１つの技法が説明されている。詳細には、図示される工程は、２次元多重エネルギ画像を位置合わせる際に有用とすることができ、その後、該画像を結合して３次元又は画像ボリュームを生成することができる。例示的な工程は、ステップ１５６で、２次元画像内での位置合わせマーカを識別する段階を含む。画像は、ステップ１５８で識別されたマーカに基づいて位置合わせされ、位置合わせされた２次元画像１６０を生成する。位置合わせされた２次元画像１６０は、ステップ１６２で分解され、位置合わせされた２次元合成画像及び／又はエネルギ画像１６４を生成する。次いで、これらの位置合わせされた２次元画像が関連付けられ又は組み合わされて、ステップ１６８で画像ボリューム１６６を生成する。

或いは、別の実施形態において、位置合わせ工程は、画像ボリュームすなわち２次元空間ではなく３次元空間で行うことができる。例えば、図８を参照すると、本技法の１つの実施形態によるボリュームの位置合わせのための例示的な工程が示されている。この実施形態において、多重エネルギ投影画像１５４が、ステップ１７０で分解有無のいずれにおいても処理されて、２次元合成及び／又はエネルギ画像１７２を生成する。次に、処理された２次元画像１７２を用いて、ステップ１７６で画像ボリューム１７４を生成する。１つの実施例において、別個の画像ボリューム１７４が、各処理済み２次元画像に対して生成される。位置合わせマーカがステップ１７８で画像ボリューム１７４内に識別される。次いで、画像ボリューム１７４は、ステップ１８０で識別されたマーカに基づき位置合わせされて、位置合わせされた画像ボリューム１８２を生成し、これが全３次元空間内に整列される。次に、位置合わせされた画像ボリューム１８２は、ステップ１８４で適切な方法で組み合わされて再構成された画像ボリューム１８６を生成する。１つの実施形態において、ステップ１８４での組み合わせは、追加の分解を実行すべきではないなどの場合、単純平均により行われる。別の実施形態において、ステップ１８４の組み合わせは、単純又は重み付け平均或いは他の組み合わせ法による結合に加えて、追加の分解段階を含む。

２次元及び３次元位置合わせ法の組み合わせを用いることもできる。１つの実施形態において、同じＸ線照射位置に対応する全画像は２次元位置合わせ法を用いて位置合わせされ、異なる照射位置に対応するデータは３次元で位置合わせされる。

前出の検討事項は、全般的に、時間的又は空間的収集の差に起因する変動を低減するための多重エネルギ投影画像の処理に関するものである。加えて、本技法の１つの実施形態において、１つ又はそれ以上の自動化ルーチン及び／又はアルゴリズムを、収集された投影データ、再構成されたエネルギトモシンセシス画像、又は再構成され分解された合成トモシンセシス画像に適用することができる。例えば、ここで図９を参照すると、１つ又はそれ以上のコンピュータ支援検出及び／又は診断（ＣＡＤ）を、ステップ１９２で多重エネルギ投影画像５２に適用して、ＣＡＤ結果のセット１９４を生成することができる。当業者には理解されるように、ＣＡＤ結果１９４は、データ又は画像において観測される構造又は異常性を検出又は診断する際に診断医を支援するのに用いられることができる診断データを提供することができる。例えば、ＣＡＤ結果１９４は、１つ又はそれ以上の識別された病変、石灰化、又は他の組織的異常性の識別、識別された組織に関連する診断の統計的可能性、１つ又はそれ以上の重症度基準に基づく識別された組織のランク付け、或いは診断医を支援するよう設計された他の検出及び／又は診断を含むことができる。

同様に、別の実施形態において、ステップ１８８で多重エネルギ投影画像５２から再構成され、又は再構成及び分解されたエネルギ及び／又は合成トモシンセシス画像のセット１９０に対して、ステップ１９２でＣＡＤアルゴリズムを適用することができる。かかる実施形態において、結果として得られたＣＡＤ結果１９４はまた、上述のような診断医に有用な検出及び／又は診断情報をもたらす。双方の例示的な実施形態において、ＣＡＤ結果１９４は、３次元画像１９０と連動してステップ１９６で表示することができ（図１に関して検討したように）、ＣＡＤ結果１９４を画像上に重畳すること、或いはＣＡＤ結果１９４から得られた視覚マーカ、カラーコーディング、又はテキスト・データを表示することなどによって該３次元画像に対して関連付ける。更に、別の実施形態において、ＣＡＤ結果１９４を用いて、自動的又はオペレータ対話により、ステップ１９８に示されるようにＣＡＤ結果１９４により識別された１つ又はそれ以上の関心領域の追加的なターゲット画像収集を実行することができる。次に、かかるターゲット収集により生成された特定の多重エネルギ投影画像２００を再構成し、又は再構成と分解を行い、追加検査を保証するものとしてＣＡＤ結果で識別された領域のターゲットエネルギ及び／又は合成ビューを生成する。

本明細書では本発明の特定の特徴だけを例示し説明してきたが、当業者であれば多くの修正及び変更を行うことであろう。従って、添付の請求項は、本発明の真の精神内に含まれるこうした修正及び変更の全てを網羅することを意図するものである点を理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本技法の態様による多重エネルギ・トモシンセシスシステムの例示的な実施形態。 本技法の態様による多重エネルギトモシンセシス画像を収集し再構成する例示的な処理ステップを示すフローチャート。 本技法の別の実施形態による多重エネルギトモシンセシス画像を収集し再構成する例示的な処理ステップを示すフローチャート。 本技法の態様による予測ゲーティングに基づきゲーティングされた多重エネルギトモシンセシス画像を収集する例示的な処理ステップを示すフローチャート。 本技法の態様によるレトロスペクティブゲーティングに基づきゲーティングされた多重エネルギトモシンセシス画像を収集する例示的な処理ステップを示すフローチャート。 本技法の態様による多重エネルギ投影画像を位置合わせする例示的な処理ステップを示すフローチャート。 本技法の別の実施形態による再構成された多重エネルギトモシンセシス画像を位置合わせする例示的な処理ステップを示すフローチャート。 本技法の更に別の実施形態による再構成された多重エネルギトモシンセシス画像を位置合わせする例示的な処理ステップを示すフローチャート。 本技法の態様による多重エネルギトモシンセシス画像を用いるコンピュータ支援診断（ＣＡＤ）の例示的な処理ステップを示すフローチャート。

符号の説明

１２ 位置決め装置
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線フィルタ
２２ 患者
２０ 散乱線除去グリッド
１８ 検出器
３２ モータコントローラ
３４ 検出器収集回路
３０ Ｘ線コントローラ
２８ エネルギプロファイル切替回路
３６ 処理回路
３８ 感知装置
４０ オペレータ・ワークステーション
４２ 表示装置
４４ プリンタ
５０ 外部ワークステーション
４８ 内部ワークステーション

Claims (10)

1. 多重エネルギトモシンセシス・イメージングシステム（１０）であって、
   イメージング・ボリュームに対して制限角度範囲内の複数の位置でＸ線（２４）を照射するように構成されたＸ線源（１４）と、
   検出器素子のアレイを含み、前記照射されたＸ線に応答して複数の画像を生成するように構成されたデジタル検出器（１８）と、
   前記デジタル検出器（１８）から複数の画像を収集するように構成された検出器収集回路（３４）と、
   エネルギ特性に基づき複数の画像を分解し、該複数の画像を再構成して３次元多重エネルギトモシンセシス画像を生成するように構成された処理回路（３６）と、
   を備えるシステム。
2. 前記Ｘ線源（１４）が、複数の位置の各々に移動されるように構成されたＸ線管を含む請求項１に記載のシステム。
3. 前記Ｘ線源（１４）が、複数の固体Ｘ線エミッタを含み、該複数の固体Ｘ線エミッタの各々を前記複数の位置の少なくとも１つに位置決めすることができる請求項１に記載のシステム。
4. 前記デジタル検出器（１８）が、非エネルギ識別検出器を含む請求項１に記載のシステム。
5. 異なるエネルギ・レベルでＸ線をフィルタ処理するように構成されたフィルタ（１６）を更に含む請求項４に記載のシステム。
6. 前記デジタル検出器（１８）がエネルギ識別検出器を含む請求項１に記載のシステム。
7. 前記デジタル検出器（１８）が、前記照射されたＸ線に応答してデジタル信号を生成する請求項１に記載のシステム。
8. 患者（２２）の運動或いは患者の１つ又はそれ以上の器官の運動を監視する感知装置（３８）を更に備える請求項１に記載のシステム。
9. 前記３次元画像が、低エネルギ・トモシンセシス画像、中間エネルギトモシンセシス画像、高エネルギ・トモシンセシス画像、軟組織トモシンセシス画像、骨格トモシンセシス画像又は造影剤トモシンセシス画像の少なくとも１つを含む請求項１に記載のシステム。
10. 前記デジタル検出器（１８）の近位に配置され、該デジタル検出器（１８）への散乱したＸ線の入射を低減するように構成される散乱線除去グリッド（２０）を更に備える請求項１に記載のシステム。

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