JP2007505674A - イメージング処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、保持器装置の第１端部に備えられているビーム源と、保持器装置の第２端部に備えられている検出器ユニットとを用いるイメージング処理に関する。保持器装置は、ビーム源が非円形軌道に沿って検査領域について案内されるように移動し、ビーム源により出射されるビームは検査領域を通る。検出器ユニットは、検査領域の遠い側においてビーム強度に依存する測定値を取得する。フィルタリング逆投影を用いるそれらの測定値から、検査領域の画像は再構成され、各々の測定値は、ビーム源のそれぞれの位置において軌道の接線に対して平行に進むフィルタラインに沿ってフィルタリングされる。

Description

本発明は、検査領域が検査領域に関連して移動するビーム源からのビームにより照射されるイメージング処理であって、ビーム源は保持器装置の第１端部に備えられ、検出器ユニットは保持器装置の第２端部に備えられている、イメージング処理に関する。本発明は又、その処理を実行するための装置及びその装置を制御するためのコンピュータプログラムに関する。

冒頭の段落において述べた種類の処理は、例えば、既知の放射線画像撮影システムであって、患者が位置付けられることが可能である検査領域に関する軌道においてビーム源が本質的に案内される放射線画像撮影システムを用いて実行されることが可能である。ビーム源が移動する間に検出器ユニットは測定値を取得し、その測定値からフィルタリング逆投影法を用いて検査領域における吸収分布が再構成される。

この様な処理の不利点は、放射線画像撮影システムの不安定性のために、実際には、ビーム源は理想的な軌道上を移動せず、この理想的な軌道からずれることである。そのような理想的な軌道からのずれは、再構成画像におけるアーティファクトに繋がるフィルタリング逆投影中のろ過に関して考慮されない。

本発明の目的は、それらのアーティファクトが目立たない処理、装置及びコンピュータプログラムを規定することである。

この目的は、本発明に従って：
ａ）保持器装置の第１端部に備えられたビーム源を用いて検査領域を通るビームを発生させる段階と；
ｂ）非円形軌道に沿って検査領域とビーム源との間の相対的動きをもたらす段階であって、その非円形軌道は、保持器装置の動きにより、特に、球表面に対して進み、ビーム源は異なるビーム源位置を通る、段階と；
ｃ）その相対的動きの間に、保持器装置の第２端部に備えられた検出器ユニットを用いて、検査領域の遠い側においてビームの強度に依存する測定値を取得する段階と；
ｄ）測定値のフィルタリング逆投影を用いて検査領域の画像を再構成する段階であって、各々の測定値は、関連するビーム源位置における軌道の接線に対して平行であるフィルタラインに沿ってフィルタリングされる、段階と；
を有するイメージング処理により達成される。

この処理は非円形軌道を用いて実行され、その非円形軌道は、例えば、上記のように、保持器装置の不安定性のために理想的な軌道からずれる本質的に円形であることが可能である。理想的な軌道からのずれは、関連するビーム源位置において実際に非円形軌道の接線に対して平行であるフィルタラインに沿って測定値がフィルタリングされるように考慮される。

請求項２に記載しているように、接線は局部接線か又は全体接線である。軌道上のビーム源位置の局部接線はこのビーム源位置における軌道に対する接線方向にあり、既知の処理を用いて決定される。それ故、例えば、ビーム源位置についての局部接線は、既知の適応アルゴリズムの支援により、それらのビーム源位置における直線及びこれに隣接する２つのビーム源位置を適応させることにより決定される。この直線は局部接線である。その直線は、関連するビーム源位置に対するそれらの直線の距離の平方の和が最小になるように適応される。

全体接線は特定のビーム源位置における軌道に対する接線でないが、異なる隣接するビーム源位置における幾つかの接線を考慮するものである。全体接線は、通常、割線であり、関連する局部接線の接線ベクトルを加算することにより隣接するビーム源位置の特定数について決定される。結果として得られるベクトルは全体接線の方向を向いている。全体接線を決定することについての他の可能性は、局部接線についての上記のように、隣接するビーム源位置に対して直線を適応することであり、そのビーム源位置について、全体接線が決定されるようになっている。適応された直線は全体接線である。局部接線を使用することは上記のアーティファクトの更なる減少に繋がる一方、計算の複雑度は全体接線の使用により低減される。

請求項３に記載しているように、好適な実施形態においては、優れた品質を有する画像の再構成を可能にする。

本発明に従った処理を実行する装置については、請求項４に記載している。

請求項５は、請求項４に記載しているコンピュータ断層撮影を制御するためのコンピュータプログラムについて記載している。

本発明については、以下、図に示す実施形態に関連して詳述するが、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではない。

図１に示しているＣ字型アーム装置１は、この実施例においてはＣ字型形状にある保持器装置２０の一の端部に備えられたビーム源２を有し、検出器ユニット３は保持器装置２０の他の端部に備えられている。この実施形態のビーム源２はＸ線管２であり、検出器ユニット３は、ここでは、Ｘ線検出器３である。Ｘ線管２は、検査対象物であって、例えば、検査領域１３内の患者用テーブル４に位置付けられた患者を透過するＸ線ビーム１４を発生させ、このとき、二次元Ｘ線検出器３に対向している。Ｘ線管２及びＸ線検出器３は、保持器装置２０に備えられたレール７によりｙ軸に関して回転されることが可能である。図１におけるｙ軸は紙面に垂直な方向にある。幾つかのアーム及びジョイント５、６により吊るされているため、保持器装置２０の位置は種々の方向に修正されることが可能であり、例えば、保持器装置２０は、図１に示すｘ、ｙ又はｚ軸に関して又は同時に幾つかの軸に関して回転されることが可能である。又、患者用テーブル４はｚ方向に移動されることが可能である。保持器装置の回転運動及び患者用テーブル４の並進運動の両方を、手動で又は図１に示していないモータにより実行することが可能である。このようにして、ビーム源２は、検査領域１３について球表面又は円筒表面に対して移動することができる。

この実施形態の例において、Ｘ線の強度に依存する検出器ユニット３により取得される測定値は、それらの測定値から少なくとも検査領域１３の一部における吸収分布を再構成する再構成コンピュータ１０に供給される。再構成された画像は、例えば、モニタ１１に示される。ビーム源２、モータ、検出器ユニット３、保持器装置２０、再構成コンピュータ１０及び検出器ユニット３から再構成コンピュータ１０への測定値の伝達は制御コンピュータ８により制御される。

図２は、図１におけるＣ字型アーム装置を用いて実行される測定及び再構成処理のシーケンスについて示している。

段階１０１において、測定値が得られる。このために、先ず、ビーム源のビームがオンにされる。次いで、ビーム源は、ビーム１４が異なる方向から検査領域１３を通るように、検査領域に対して移動される。この実施形態の例においては、保持器装置２０は、ビーム源が検査領域に対して本質的に円形軌道上を移動するように、ｚ軸に関して回転する。代替として、ビーム源は、球表面又は円筒表面に対して何れかの方式で進む軌道に沿って移動する。

段階１０２において、この実施形態の例においては、平面であり、ビーム源２と検出器ユニット３（図３参照）との間に備えられている仮想検出器２９が規定される。仮想検出器のサイズは、全ての投影ビームがこの検出器に集められるように選択される。投影は、同じビーム源位置から出射されるビームの量としてここでは定義される。測定値は、仮想検出器表面２９の方に関連ビームに沿って、即ち、関連するビーム源位置により出射されるそれらのビームに沿って投影され、測定値がロードされるポイントにおいて検出器表面に集められる。続く段階は、次いで、仮想検出器表面２９に投影されたそれらの測定値を用いて実行される。他の実施形態においては、仮想検出器２９は、続く段階が実際の検出器３において実行されるように、実際の検出器３と一致することが可能である。

検出器ユニット３が画像増幅器を有する場合、画像増幅器の曲線状の表面のために、ピンクッション歪が生じる。更に、測定値は、地磁界の影響により歪められる可能性がある。それらの２つの影響により影響される測定値を、仮想平面検出器における直交座標に存在するように、較正段階により補正することができる。この較正方法は、一般に、周知であり、例えば、文献、“３Ｄ ｖｅｓｓｅｌ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ”，Ｅ．Ｋｏｐｐｅ，Ｊ．Ｏｐ ｄｅ Ｂｅｅｋ ａｎｄ Ｈ．Ａｅｒｔｓ，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｄｉｏｌｏｇｙ（ＣＡＲ ９５），Ｂｅｒｌｉｎ Ｇｅｒｍａｎｙ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ
１９９５（Ｚ１）と“Ｄｉｇｉｔａｌ ｓｔｅｒｅｏｔａｘｙ／ｓｔｅｒｅｏｔａｃｔｉｃ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｗｉｔｈ Ｃ−ａｒｍ ｂａｓｅｄ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ”，Ｒ．Ｋｏｐｐｅ，Ｊ．Ｏｐ ｄｅ Ｂｅｅｋ ａｎｄ Ｈ．Ａｅｒｔｓ，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｄｉｏｌｏｇｙ（ＣＡＲ ９８），Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８（Ｚ２）に記載されている。

次いで、段階１０３において、各々の測定値は重み付け係数と乗算される。検出器表面２９のポイント２６又は検出器３のポイント２４における測定値の重み付け係数は、関連する測定値に属するビーム２５とビーム源２を通っている仮想検出器２９の法線２１との間の角度２７の余弦に対応する。この角度は図３に示されている。重み付け係数がこの余弦に対応するということは、重み付け係数が本質的に余弦に等しいことを意味し、例えば、余弦のテーラー展開により表される。更に、その角度の余弦又はその角度自体は加法的又は乗法的定数を有することが可能である。この実施形態においては、重み付け係数はこの余弦に等しい。

次の段階１０４において、ビーム源２が検出領域１３に対して移動する軌道の接線が決定される。軌道における各々のビーム源の位置についてのこの実施形態の例において、局部接線が決定される。上記のビーム源位置における局部接線は、軌道上の２つの隣接するビーム源位置を用いる既知の方式で３つのビーム源位置を用いて計算される。３つ以上の隣接するビーム源位置をその接線を計算するために用いることが可能であり、ここで、この接線は、それ故、局部接線ではなく、本発明に関連して、全体接線である。

ビーム源位置に対する局部接線は、例えば、このビーム源位置及び２つの隣接ビーム源位置における直線が既知の適応アルゴリズムと適応する場合に計算される。適応した直線は局部接線である。これに対して、全体接線は、４つ以上の隣接ビーム源位置において既知の適応アルゴリズムを用いて直線を適応することにより決定される。この直線は、それ故、その適応化において考慮されたビーム源位置の全体接線である。ビーム源位置が軌道の端部にある場合、このビーム源位置についての局部接線は、このビーム源位置及び隣接ビーム源位置を通る直線を引くことにより決定されることができる。その直線は、このビーム源位置における軌道の局部接線を成す。

本発明の一部として、個々の個別のビーム源位置について説明するが、そのビーム源は連続的に移動する。しかしながら、測定は、連続的にではなく、例えば、１秒間に１０００回の割合で行われる。ビーム源は連続的に移動し、それ故、測定値が取得されたときにビーム源が位置しているビーム源位置のみが考慮される。

次いで、段階１０５において、接線が、段階１０２において規定された検出器表面２９に投影される。投影は、検出器表面２９に対して垂直方向においてなされる。検出器表面２９上のビーム源位置における接線の投影３１は、図４において例として示されている。

他の実施形態においては、段階１０２で規定された検出器表面２９が平らでない場合、投影は、ビーム源２を通って進む仮想検出器２９の垂線２１に沿って進む。

段階１０６において、段階１０３で重み付けされた測定値は、例えば、特定の周波数においてランプ状に増大するランプ状透過率を有する既知の方法で一次元ろ過に供される。このために、関連する接線の投影３１に対して平行に進むフィルタライン３３に沿って連続値が取られる。検出器表面２９上の測定値は、通常、関連する接線の投影３１に対して平行に配列されていないため、それらの測定値は、フィルタラインに沿って配置されるように補間される必要がある。好適には、補間された測定値はフィルタラインにおいて等距離で配置される。その補間は、各々の測定値がフィルタライン上にある少なくとも１つの補間された測定値に寄与するように、実行される。補間は、双線形補間又は高次の補間を用いて実行されることができる。ろ過は全ての投影について実行される。

次いで、段階１０７において、全ての重み付けされ且つフィルタリングされた測定値は、更なる重み付け係数と乗算される。この重み付け係数は、関連する測定値に属すビーム源位置に割り当てられた軌道の区画の長さに比例する。この実施形態の例においては、重み付け係数はこの長さに等しい。ビーム源位置に割り当てられた軌道の区画の長さは、２つの隣接するビーム源位置までの軌道に沿ったビーム源位置の距離を加算し、２で除算することにより決定される。ビーム源位置が１つの隣接するビーム源位置のみを有する場合、即ち、例えば、ビーム源位置が軌道の開始部分又は終了部分に配置されている場合、対応する軌道の区画の長さは、軌道に沿った１つの隣接するビーム源位置までのビーム源位置の距離を定めることにより決定される。このように、各々のビーム源位置について、軌道の区画の長さを決定することができる。ビーム源位置は各々の測定値に割り当てられるため、対応する長さは各々の測定値に割り当てられ、関連する測定値はその対応する長さと乗算される。

段階１０８において、段階１０７において重み付けされた測定値の逆投影が存在する。その逆投影についてのフロー図を図５に示す。

再構成されるべき領域（視野、ＦＯＶ）が予め指定された後、段階３０１において、ボクセルＶ（ｘ）が、未だに再構成されていないＦＯＶ内で選択される。

段階３０２において、ボクセルＶ（ｘ）を通り、このボクセルＶ（ｘ）の再構成に未だに寄与していない投影が決定される。

次いで、段階３０３において、この投影についての全ての測定値が、再び、重み付け係数と乗算される。この重み付け係数は、ビーム源２（図３参照）を通って進む検出器表面２９の垂線２１に投影されるビーム源位置からのボクセルＶ（ｘ）の距離の長さｌの平方に比例する。この実施形態の例において、この重み付け係数は長さｌの平方に等しい。

段階３０４において、ビームがボクセルＶ（ｘ）の中心を通る投影の測定値がボクセルＶ（ｘ）に、又は、更に正確には、最初は０に等しいボクセル値に加算される。投影のビームの何れがこのボクセルの中心を進まない場合、対応するビーム又は対応する測定値は隣接する測定値の補間により決定される。

段階３０５において、ボクセルＶ（ｘ）を通る全ての投影がこのボクセルの再構成において考慮されたかどうかがチェックされる。このチェックが肯定的である場合、段階３０６に進む。そうでない場合、段階３０２に従う。

段階３０６において、ＦＯＶにおけるボクセル全てが再構成されたかどうかがチェックされる。このチェックが肯定的である場合、逆投影は終了し、段階１０９に進む。そうでない場合、段階３０１に従う。

重み付けされ且つフィルタリングされた測定値が逆投影された後、再構成されたボクセルは段階１０９において標準化される。これは、例えば、各々のボクセル又は関連するボクセルに寄与した投影の数で除算されたボクセル値により達成される。

標準化の後、ＦＯＶにおける吸収が決定され、イメージングプロセスは終了する（段階１１０）。

この実施形態の例において、ビーム源２は、本質的に円形の軌道上を検査領域１３に対して移動する。上記のように、ビーム源は、しかしながら、理想的な軌道上を進まず、この軌道からずれる。本発明に従ったイメージング処理はこの理想的な軌道に基づいていず、ろ過及び逆投影の両方において実際の非円形軌道を考慮する。軌道は、ここでは、この実施形態の例におけるような本質的な円形を必要としない。そうではなく、本発明に従った処理は、非平面の何れの軌道を用いて実行されることができる。

円錐状のビームを有するビーム源が平面軌道に沿って検査領域に対して移動する場合、取得データの記録が完全でないときに、軌道平面内にない検査領域の一部を適切な再構成処理により再構成することはできない。検査領域において再構成されるべき各々の場所について、この場所を含む各々の平面が少なくとも一度、軌道と交差する場合、及び、関連する平面のそれらの交差ポイントの少なくとも１つから出射されるビームがこの場所を通る場合、データの記録は完全である。たとえ、完全でないデータの集合がおおよその再構成処理により再構成されたとしても、画像アーティファクトが生じ、そのことは不完全性をもたらす。本発明に従った処理は特定の軌道に限定されないが、何れの非円形軌道を用いて実行される。それ故、取得中、ビーム源は、測定値の集合が完全であるように、検査領域に対して案内され、そのことは、本質的に平面の軌道に限定される処理と比較して、軌道はより良好な品質の再構成画像に繋がる。

実際の軌道の進路を得るために、Ｃ字型アーム装置は、段階１０１において測定値の取得前に較正される。この既知の較正を用いて、較正対象物であって、この実施形態の例においては、各々の角に配置されたボールを有するｄｏｄｅｃａｄｅｒが検査領域に配置されている。ビーム源は、ここでは、所望の軌道に沿って移動され、それにより、投射が得られ、その投射から、ボールが、特にそれらのボールの位置が特定される。ボールは、例えば、その投影から直接、又はフィルタリング逆投影を用いて特定される。較正対象物のボールの既知の位置は得られた投影から決定される位置と比較され、この比較から、既知の方法で実際の軌道が結論として得られる。そのような較正については、特に、Ｚ１及びＺ２において説明している。実際の軌道の進路は、フィルタリング逆投影について、較正により決定される軌道を用いることができるように、実際の測定中に再生される。

接線及び検出器表面に対するそれらの接線の投影の決定について表す段階１０４及び１０５は、測定値が重み付け係数と乗算される段階１０３に依存しない。それ故、段階１０４及び１０５は、段階１０３と交換可能である。

本発明に従った処理を実行することができるＣ字型アーム装置を示す図である。 本発明に従った処理のフロー図である。 放射表面、実際の検出器表面及び仮想の検出器表面のビューを示す図である。 フィルタラインを有する検出器表面を示す図である。 フィルタリング逆投影の一実施形態のフロー図である。

Claims (6)

1. イメージング処理方法であって：
   ａ）検査領域を通るビームを発生させる段階；
   ｂ）非円形軌道に沿って前記ビーム源と前記検査領域との間の相対的動きをもたらす段階であって、前記非円形軌道は、特に保持器装置の動きにより球表面に対して進み、前記ビーム源は異なるビーム源位置を通る、段階；
   ｃ）検出器ユニットを有する検査領域の遠い側においてビームの強度に依存する測定値を取得する段階；並びに
   ｄ）前記測定値のフィルタリング逆投影を用いて前記検査領域の画像を再構成する段階であって、各々の測定値は、関連するビーム源位置における前記軌道の接線に対して平行に進むフィルタラインに沿ってフィルタリングされる、段階；
   を有することを特徴とするイメージング処理方法。
2. 請求項１に記載のイメージング処理方法であって、前記接線は局部接線又は全体接線である、ことを特徴とするイメージング処理方法。
3. 請求項１に記載のイメージング処理方法であって、前記の再構成する段階は：
   前記検出器表面に関連ビームに沿って各々の測定値の投影及び検出器表面を規定する手順；
   前記ビーム源を通って進む前記検出器表面の垂線と関連する前記測定値に属するビームとの間の角度の余弦に対応する、特に、その余弦に等しい重み付け係数と各々の測定値を乗算する手順；
   前記軌道における各々のビーム源位置についての前記軌道のそれぞれの接線を決定する手順；
   前記検出器表面の垂直方向において前記検出器表面の前記接線を投影する手順；
   前記検出器表面に投影された前記接線に対して平行に進むフィルタラインに沿って前記検出器表面において前記測定値をろ過する手順；並びに
   前記の重み付けされ且つフィルタリングされた測定値を逆投影する手順；
   を有する、ことを特徴とするイメージング処理方法。
4. 請求項１に記載のイメージング処理方法を実行するための装置であって：
   検査領域を通る、特に円錐状のビームを発生させるビーム源；
   特に球表面に対して進む非円形軌道に沿った前記検査領域と前記ビーム源との間の相対的動きをもたらすための駆動装置；
   前記検査領域の前記の遠い側における前記ビームの前記強度に依存する測定値の取得のための検出器ユニット；
   保持器装置であって、前記保持器装置の第１端部において、前記ビーム源が備えられ、前記保持器装置の第２端部において、前記検出器ユニットが備えられている、保持器装置；並びに
   前記測定値のフィルタリング逆投影を用いて前記検査領域の画像を再構成するための再構成ユニットであって、各々の測定値は、関連する前記ビーム源位置において前記軌道の接線に対して平行に進むフィルタラインに沿ってフィルタリングされる、再構成ユニット；
   を有することを特徴とする装置。
5. 請求項４に記載の装置であって、前記ビーム源を制御するための制御ユニットと、前記駆動装置と、前記検出ユニットと、前記保持器装置と、前記再構成ユニットとを有する装置であり：
   ａ）本質的にＣ字型の保持器装置の第１端部に備えられているビーム源を用いて検査領域を通るビームを発生させる段階；
   ｂ）非円形軌道に沿って前記検査領域と前記ビーム源との間の相対的動きをもたらす段階であって、前記非円形軌道は、特に前記保持器装置の動きにより球表面に対して進み、前記ビーム源は異なるビーム源位置を通る、段階；
   ｃ）前記相対的動きの間に、前記保持器装置の第２端部に備えられている前記検出器を用いて、検出器ユニットを有する検査領域の遠い側においてビームの強度に依存する測定値を取得する段階；並びに
   ｄ）前記測定値のフィルタリング逆投影を用いて前記検査領域の画像を再構成する段階であって、各々の測定値は、関連するビーム源位置における前記軌道の接線に対して平行に進むフィルタラインに沿ってフィルタリングされる、段階；
   に従う、ことを特徴とする装置。
6. ビーム源、駆動装置、検出ユニット、保持器装置及び請求項１に記載のイメージング処理を実行するためのＣ字型アーム装置の再構成ユニットのためのコンピュータプログラムであって、次の方法であって：
   ａ）本質的にＣ字型の保持器装置の第１端部に備えられているビーム源を用いて検査領域を通るビームを発生させる段階；
   ｂ）非円形軌道に沿って前記検査領域と前記ビーム源との間の相対的動きをもたらす段階であって、前記非円形軌道は、特に前記保持木装置の動きにより球表面に対して進み、前記ビーム源は異なるビーム源位置を通る、段階；
   ｃ）前記相対的動きの間に、前記保持器装置の第２端部に備えられている前記検出器を用いて、検出器ユニットを有する検査領域の遠い側においてビームの強度に依存する測定値を取得する段階；並びに
   ｄ）前記測定値のフィルタリング逆投影を用いて前記検査領域の画像を再構成する段階であって、各々の測定値は、関連するビーム源位置における前記軌道の接線に対して平行に進むフィルタラインに沿ってフィルタリングされる、段階；
   を有する方法に従う、ことを特徴とするコンピュータプログラム。

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