JP2007519460A - マルチスライスｃｔ再構成におけるウィンドミルアーティファクト低減装置及び方法 - Google Patents

Abstract

コーン又はウェッジビームＣＴスキャナ（１０）は、１つ又はそれ以上のウィンドミルアーティファクト中心（４８）から放射するように現れるウィンドミルアーティファクトにより影響を受ける可能性がある画像データを生成する。画像データ派ハイパスフィルタリングされ（４２）、ウィンドミルアーティファクト中心（４８）お呼びバックグラウンドフィールド（５４）を表す画像表現（４６）を生成するように再構成される（４４）。前方投影処理器（６６）は、ウィンドミルアーティファクト中心、半影を通る、又はそのフィールドのみを通るデータ軌道又は放射線（６０、６２、６４）を特定するようにこの画像表現を前方投影する。画像データの各々の要素は、分解能鮮鋭フィルタ（７０）及びスムージングフィルタ（７２）両者でフィルタリングされる。共通放射線に対応する鮮鋭化されたデータ値及びスムージングされたデータ値は対応する共通放射線がウィンドミルアーティファクト中心かバックグラウンドフィールドのみを通るかにしたがって、重み付けされて結合される。重み付けされ結合されたフィルタリングデータ値は画像表現に再構成される。

Description

本発明は、診断撮像技術に関する。本発明は、データがｚ又は軸方向においてアンダーサンプリングされた及び特定の基準で表現される、マルチスライス又は螺旋ＣＴスキャンによる画像においてアーティファクトを低減することに関連する特定のアプリケーションに適用される。しかしながら、本発明はまた、他の画像再構成におけるウィンドミルアーティファクトの低減に適用可能であることが理解される必要がある。

データがアンダーサンプリングされるとき、例えば、ナイキスト条件が満足されるとき、アーティファクトが生じる傾向にある。回転軸に関して回転するＣＴスキャナにおいては、この軸に沿ってアンダーサンプリングは、それら自体、ウィンドミルアーティファクトとして現れる。ウィンドミルアーティファクトは、ウィンドミルの羽根に似た共通点から放射状に外側に広がっている、交互の濃淡を有する一般に三角形状領域である。ウィンドミルアーティファクトは、１つ又はそれ以上の画像の領域から放射状であることが確認され、それらの領域は、回転軸について同心円状でない。

例えば、ｘ方向及びｙ方向における面内アンダーサンプリングのためにもたらされる他のアーティファクトは、二焦点Ｘ線管及び検出器クォーターオフセット技術を用いて解決される。検出器クォーターオフセット技術は、殆どの場合に、ナイキスト条件が適合するように、収集データ量を増加させる。しかしながら、検出器クォーターオフセット技術は、軸又はｚ方向のアンダーサンプリングを解決しない。

軸方向アンダーサンプリングのためのウィンドミルアーティファクトを低減するための一解決方法は、アーティファクト低減フィルタリングを用いることであった。即ち、データ又は結果として得られる画像は、ウィンドミルアーティファクトを低減する軸方向において、分解能を低下させる犠牲を払って、スムージング又はスミアリングされる。

Ｈｓｅｉｈにより提案された他の解決方法においては、データの各々の放射線は、高分解能スライスプロファイル及びローパスフィルタ又はガウス分布を生成する傾向にある、ハイパスフィルタ又は急峻なガウス分布と平行にたたみこまれ、それは、ｚ方向にデータをスミアリングする傾向にある。同じデータラインのハイパスフィルタリングされたバージョン及びローパスフィルタリングされたバージョンは、それらの間の差分を決定するために比較する。その差分が小さい場合、Ｈｓｅｉｈはこれを、データが適切であり且つハイパスフィルタにより畳み込まれたデータを用いる表示として理解した。その差分が大きい場合、Ｈｓｅｉｈは、そのデータはノイジーであり、ローパスフィルタを用いて畳み込まれたデータラインを用いるとみなした。大きい差分と小さい差分との間の中間においては、各々のデータラインは、同じデータラインのハイパスフィルタリングされたバージョン及びローパスフィルタリングされたバージョンの適切に重み付けされた平均により置き換えられる。

Ｈｓｅｉｈ技術は、肺の中のような小さいコントラストを有する小さい特徴が存在する領域にうまく適合する。しかしながら、狭く規定される領域に鮮鋭なコントラストの領域が存在する脳においては、ウィンドミルアーティファクトの問題が尚も存在している。

本発明は、上記の問題及び他の問題を克服する。

本発明の一特徴にしたがって、ボリューム撮像システムを提供する。診断撮像手段は、検査領域内に配置された被検体部分の診断画像データを生成し、その画像データは、ウィンドミルアーティファクトの影響下に置かれる可能性がある。手段は、各々のウィンドミルアーティファクトが放射状に現れる中心を決定する。鮮鋭化フィルタは、分解能を鮮鋭にするように画像データをフィルタリングする。スムージングフィルタは、分解能を低下させるように画像データをフィルタリングする。重み付け手段は、決定されたウィンドミルアーティファクトの中心に対して、対象領域を通るデータに対応する放射線の軌道にしたがってフィルタリングされた画像データを選択的に重み付けする。再構成手段は、その重み付けデータを画像表示に再構成する。

本発明の他の特徴にしたがって、ボリューム撮像方法を提供する。ウィンドミルアーティファクトの影響下に置かれる診断画像データが生成される。放射状に現れる各々のウィンドミルアーティファクトの中心が決定される。画像データは、鮮鋭化フィルタ及びスムージングフィルタを用いてフィルタリングされる。鮮鋭化フィルタ及びスムージングフィルタを用いてフィルタリングされたデータは、決定されたウィンドミルアーティファクトの中心に関連して検査領域を通る画像データに対応する放射線の軌道にしたがって選択的に重み付けされる。その重み付けデータは画像表示に再構成される。

本発明の他の特徴に従って、診断画像を再構成するための装置を提供する。ウェッジ又はコーンビームＣＴスキャナは、軸方向に回転して発散する放射線に沿った放射線画像等化又は減衰を表す画像データ値の集合を生成する。処理器は、ウィンドミルアーティファクトの中心点を表す画像表現にそれらの画像データ値を再構成する。分解能改善フィルタ及び分解能スミアリングフィルタは各々、分解能改善データ値及び分解能低下データ値を生成するように平行に各々の画像データ値をフィルタリングする。重み付け処理器は、ウィンドミルアーティファクトの中心に関連する共通放射線の軌道に従って、その共通放射線に対応する分解能改善データ値と分解能低下画像データ値とを結合させる。再構成処理器は、重み付け画像データ値を三次元画像表示に再構成する。

本発明の一有利点は、改善された画像分解能及び品質にある。

本発明の他の有利点は、高画像処理効率にある。

本発明の他の有利点は、分解能を維持しつつ、ウィンドミルアーティファクトを低減することにある。

本発明の他の有利点については、以下の詳細説明を読んで理解することにより、当業者に理解されるであろう。

本発明においては、種々の構成要素及び構成要素の構成、並びに種々の段階及び段階の構成をとることが可能である。添付図面は、好適な実施形態の例示目的のためのみのものであり、本発明を限定するとみなされるべきでない。

診断撮像装置１０、好適には、ウェッジ又はコーンビームＣＴスキャナは、ウィンドミルアーティファクトの影響下にある診断画像を生成する。そのスキャナは、二次元Ｘ線検出器１６に対して撮像領域１４においてウェッジ又はコーン状ビームを投影するようにコリメートされたＸ線源１２を有する。Ｘ線検出器１６は画素の二次元アレイを有し、それらの画素の各々は、Ｘ線源から検査領域を通って検出器要素までＸ線を横断させた放射線の強度に対応する出力信号を生成する。受信された放射線強度を、検査領域内の被検体により減衰されなかった放射線強度を表す参照信号と比較することにより、データは、対応するＸ線に沿った放射線減衰量の表示に変換される。モータ１８及び関連ドライブ又は他の手段が、検査領域の周りでＸ線ビームを回転させるために備えられている。

検査領域内の被検体は、特定の支持部又はカウチ２０上に支持されている。電気モータ２２及び関連ギア又はチェーンは、被検体が検査領域内を軸方向に通って進むようにする。Ｘ線ビームが回転しているときに被検体を連続的に進めることにより、螺旋状軌道が得られる。代替として、軸方向に沿って被検体を断続的に進め、次いで停止させることにより、一連の平行スライスを生成することができる。他の代替として、Ｘ線源及び検出器が、静止している被検体に対して軸方向に動く。

典型的には、Ｘ線源の回転位置、回転方向及び長手方向の両方におけるＸ線源に対する各々のＸ線の角回転、並びに、回転軸に沿った長手方向又は軸方向の移動に関する、各々のＸ線に沿って受信される放射線強度を表すデータ又は各々のＸ線に沿った放射線減衰及びＸ線の識別表示が、データバッファ３０に供給される。好適な実施形態においては、データは、Ｔｕｙによる米国特許第６，１０４，７７５号明細書に記載されている三次元画像再構成技術を用いて三次元逆投影のための平行投影の集合にリビニング処理器又は手段３２によりリビニングされる。

ウィンドアーティファクト中心を見つけるための手段４０は、ウィンドミルアーティファクト中心を通る放射線をどのデータが表すかを決定する。好適な実施形態においては、この手段は、軸又はｚ方向に対してデータをハイパスフィルタリングするハイパスフィルタ４２を有する。再構成処理器４４は、アーティファクト中心メモリ５０に記憶されているウィンドミルアーティファクトの放射線中心４８の画像表示４６（図２）にハーパスフィルタリングされたデータを再構成する。データを適切にハイパスフィルタリングすることにより、再構成された画像は、ウィンドミルアーティファクトが放射状に現れる領域のみを表す。この画像は、他の色極限を有するフィールド５４における中間階調長領域又は濃淡の半影５２により囲まれた放射中心を表す色極限の一連の点として現れる。好適には、処理器５６は、アーティファクト中心画像表示を正規化又はスケーリングする。

手段５８は、どの放射線６０がウィンドミルアーティファクト放射中心の１つを通るか、どの放射線が半影５２を通るか及びどの放射線６４がそれらの中心及び半影を通ることを失敗するかを判定する。好適な実施形態に対して更に具体的には、このような判定は、前方投影メモリ６８に正規化されたアーティファクト中心画像を前方投影する前方投影処理器６６によりなされる。階調値又は各々の前方投影放射線の強さは、放射線が、中心４８、半影５２を通る平行投影における対応する角度及び位置にある又はどちらでもないかどうかを表す。

リビニングされたデータ値の各々はまた、スライス鮮鋭化フィルタ７０を平行に通過し、そのスライス鮮鋭化フィルタは、軸方向における及びローパスフィルタのようなスムージングフィルタ７２を通る分解能を鮮鋭化し、そのスムージングフィルタは、軸方向の分解能をスムージング又はスミアリングする。勿論、そのフィルタリングはまた、面内方向に適用されることが可能である。データ選択又は重み付け処理器又は手段７４は、前方投影データメモリ６８からのデータ値の大きさから、鮮鋭化されたデータ値、スムージングされたデータ値又はそれら２つのデータ値の重み付け平均値のどれかを選択する。図３を参照するに、対応する前方投影データ値の大きさが、そのデータ値がアーティファクト中心の１つを通る放射線６４を表さないことを示す場合、鮮鋭化フィルタの影響下にあったデータ値は再構成処理器７６の方に渡される。放射線６０がアーティファクト中心の１つを通る場合、スムージングフィルタ７２からのデータ値は再構成処理器の方に渡される。それらのデータ値に対応する放射線６２が、アーティファクト中心４８の１つの端部に隣接する又はその端部を通るような、アーティファクト中心４８の１つを弱く通る場合、鮮鋭化され且つスムージングされたデータ値の重み付け平均値は再構成処理器７６の方に渡される。

それらのデータ値は逆投影され、そうでない場合、三次元最終画像メモリ７８において再構成される。映像処理器８０は、選択されたスライス、投影、表面レンダリング又は三次元ボリューム画像表示の他の選択部分を引き出し、それらを、モニタ８２における表示のために適切なフォーマットに変換する。

好適な実施形態においては、鮮鋭化され且つスムージングされたデータ値を選択し且つ重み付けするための手段７４は、鮮鋭化され且つスライススムージングされたデータ値を、図３のランプ関数のような関数であって、上記のように、対応する放射線がアーティファクト中心を通るとき、スムージングされたデータ値を通る、アーティファクト中心を放射線が通らないときに鮮鋭化されたデータを渡し、放射線がアーティファクト中心を弱く通るとき、重み付けされた平均を渡す、関数を用いて、重み付けする。

本発明については、好適な実施形態に関連して詳述した。上記の詳細説明を読んで理解するとき、当業者は修正及び変形について理解することが可能である。本発明は、同時提出の特許請求の範囲における範囲又はそれと同等の範囲内に網羅される、そのような修正及び変形全てを包含するように、意図されている。

本発明にしたがった診断撮像システムを示す図である。 ウィンドミルアーティファクト中心の例示としての“画像”を示す図である。 対応鮮鋭化画像データ値とスムージング画像データ値とを結合させるための例示としてのたたみこみ関数を示す図である。

Claims (20)

1. ボリューム撮像システムであって：
   ウィンドミルアーティファクトの影響下にある可能性のある検査領域内の被検体部分の診断画像データを生成する手段；
   各々のウィンドミルアーティファクトが放射状に現れる中心を決定する手段；
   鮮鋭化フィルタで前記画像データをフィルタリングする手段；
   スムージングフィルタで前記画像データをフィルタリングする手段；
   前記決定されたウィンドミルアーティファクト中心に関連する対象領域を通るデータに対応する放射線の軌道に従って前記スムージングフィルタでフィルタリングされたデータ及び前記先鋭化フィルタでフィルタリングされたデータを選択的に重み付けする手段；並びに
   前記重み付けされたデータを画像表示に再構成する手段；
   を有することを特徴とするボリューム撮像システム。
2. 請求項１に記載のボリューム撮像システムであって、前記画像データ生成手段は、放射線のウェッジ又はコーンビームを発生するためのＸ線源とＣＴデータを生成するための二次元検出器とを有するＣＴスキャナを有する、ことを特徴とするボリューム撮像システム。
3. 請求項２に記載のボリューム撮像システムであって：
   投影データを並列に前記二次元放射線検出器からリビニングする手段；
   を更に有する、ボリューム撮像システムであり、
   前記鮮鋭化フィルタリング手段及び前記スムージングフィルタリング手段両者は前記並列投影データの各々の放射線をフィルタリングする；
   ことを特徴とするボリューム撮像システム。
4. 請求項３に記載のボリューム撮像システムであって、前記鮮鋭化フィルタリング手段及び前記スムージングフィルタリング手段は前記ＣＴスキャナの回転軸に対して平行な方向にフィルタリングする、ことを特徴とするボリューム撮像システム。
5. 請求項２に記載の装置であって、前記ウィンドミルアーティファクト中心を特定する手段は：
   前記診断画像データをフィルタリングするハイパスフィルタ；及び
   前記ハイパスフィルタリングされたデータをウィンドミルアーティファクト中心を表す画像表現に再構成する再構成手段；
   を有する、ことを特徴とするボリューム撮像システム。
6. 請求項５に記載のボリューム撮像システムであって、前記ウィンドミルアーティファクト中心を特定する手段は：
   前記ウィンドミルアーティファクト中心を表す画像表現を正規化する正規化手段；
   を更に有する、ことを特徴とするボリューム撮像システム。
7. 請求項５に記載のボリューム撮像システムであって：
   前記ウィンドミルアーティファクト中心画像を放射線軌道に対応するデータ値に前方投影する前方投影手段であって、前記データ値の大きさは、前記対応する軌道に沿った放射線が前記ウィンドミルアーティファクト中心画像の前記ウィンドミルアーティファクト中心の１つを通るかどうかを表す各々の放射線軌道に対応している、前方投影手段；
   を更に有する、ことを特徴とするボリューム撮像システム。
8. 請求項５に記載のボリューム撮像システムであって、前記ウィンドミルアーティファクト中心画像は、ウィンドミルアーティファクト中心と、周りのウィンドミルアーティファクト中心と、バックグラウンドフィールドとを表す、ことを特徴とするボリューム撮像システム。
9. 請求項８に記載のボリューム撮像システムであって、前記重み付け手段は：
   前記放射線中心の１つを通る軌道に対応するデータのための再構成手段に前記スムージングフィルタ手段からのデータを直接、渡し；
   前記放射線中心の１つを弱く通る軌道のための前記再構成手段に前記鮮鋭化フィルタリング手段及び前記スムージングフィルタリング手段からのデータの重み付け平均を渡し；そして
   フィールドのみを通り且つ中心を通らない放射線のための前記再構成手段に前記鮮鋭化フィルタリング手段からのデータを直接、渡す；
   ことを特徴とするボリューム撮像システム。
10. ボリューム撮像方法であって：
    ウィンドミルアーティファクトの影響下にある可能性のある診断画像データを生成する段階；
    各々のウィンドミルアーティファクトが放射状に現れる中心を決定する段階；
    鮮鋭化フィルタで前記画像データをフィルタリングする段階；
    スムージングフィルタで前記画像データをフィルタリングする段階；
    前記決定されたウィンドミルアーティファクト中心に関連する前記画像データに対応する検査領域を通る放射線の軌道にしたがって前記スムージングフィルタでフィルタリングされたデータ及び前記先鋭化フィルタでフィルタリングされたデータを選択的に重み付けする段階；並びに
    前記重み付けされたデータを画像表示に再構成する段階；
    を有することを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、前記画像データはＣＴスキャナにより生成される、方法であり：
    前記ＣＴスキャナからのデータを平行投影データにリビニングし、前記鮮鋭化フィルタ及び前記スムージングフィルタを用いて前記平行投影データをフィルタリングする段階； を更に有する、ことを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、前記鮮鋭化フィルタ及び前記スムージングフィルタは前記ＣＴスキャナの回転軸に対して平行な方向にフィルタリングする、ことを特徴とする方法。
13. 請求項１１に記載の方法であって、前記ウィンドミルアーティファクト中心の特定は： 前記リビニングした画像データをハイパスフィルタリングする段階；及び
    前記は異パスフィルタリングされたデータをウィンドミルアーティファクト中心を表す画像表現に再構成する段階；
    を有する、ことを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって：
    前記ウィンドミルアーティファクト画像表現を正規化する段階；
    を更に有する、ことを特徴とする方法。
15. 請求項１３に記載の方法であって：
    前記ウィンドミルアーティファクト中心画像を放射線軌道に対応するデータ値に前方投影する段階であって、前記データ値の大きさは、前記対応する軌道に沿った放射線が前記ウィンドミルアーティファクト中心画像の前記ウィンドミルアーティファクト中心の１つを通るかどうかを表す各々の放射線軌道に対応している、段階；
    を更に有する、ことを特徴とする方法。
16. 請求項１３に記載の方法であって、前記ウィンドミルアーティファクト中心画像は、ウィンドミルアーティファクト中心と、周りのウィンドミルアーティファクト中心と、バックグラウンドフィールドとを表す、ことを特徴とする方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、前記重み付け段階は：
    前記放射線が、前記アーティファクト中心、半影又はフィールドを通るかどうかにしたがって、前記鮮鋭化フィルタリング画像データ及び前記スムージングフィルタリング画像データを重み付け平均する段階；
    を有する、ことを特徴とする方法。
18. 請求項１６に記載の方法であって、前記重み付け平均段階は：
    ランプ関数を用いて前記スムージングフィルタでフィルタリングされた前記データと前記鮮鋭化フィルタでフィルタリングされた前記データとを重み付けする段階；
    を有する、ことを特徴とする方法。
19. 請求項１０に記載の方法を実行することを特徴とする撮像装置。
20. 診断画像を再構成するための装置であって：
    回転方向及び軸方向の放射線発散に沿った放射線透過又は減衰を表す画像データの集合を生成するウェッジ又はコーンビームＣＴスキャナ；
    ウィンドミルアーティファクトの中心点を表す画像表現に画像データ値を再構成する処理器；
    各々が、分解能改善データ値及び分解能低下データ値を生成するように平行に各々の画像データをフィルタリングする分解能改善フィルタ及び分解能スミアリングフィルタ；
    前記ウィンドミルアーティファクト中心に関連する共通放射線の軌道にしたがって前記共通放射線に対応する分解能改善画像データ値及び分解能低下画像データ値を選択的に結合する重み付け処理器；並びに
    三次元診断画像表現に前記重み付け画像データ値を再構成する再構成処理器；
    を有することを特徴とする装置。

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