JP2008012319A - トモシンセシス・イメージング・システムでのアーティファクトを低減する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】三次元画像のアーティファクトの低減を容易にする。ディジタル・トモシンセシス・システムの再構成画像において邪魔になる線アーティファクトを低減することにより画質を高める。
【解決手段】アーティファクト低減方法（４００）は、投影画像の一部のみを逆投影する。また、異なる投影角度から複数の投影画像を取得する（４１０）。さらに、予め画定されている区域に基づいて各々の投影画像の関心区域を識別し（４２０）、少なくとも１枚の三次元画像を再構成するために各々の投影画像の関心区域を逆投影する（４３０）。一実施形態では、投影画像の関心区域は、コリメータの視野に基づいて識別される。もう一つの実施形態では、本発明は、アーティファクトを低減した三次元画像を形成するトモシンセシス・システム１００を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は一般的には、イメージング・システムに関し、さらに具体的には、トモシンセシス再構成画像のアーティファクトを低減する方法及びシステムに関する。

従来の断層写真法では、Ｘ線源及び検出器が、関心のある平面に位置する支点を中心として相反する方向に、同期して連続的に移動する。断層写真法手順は、他の平面からの寄与をボケさせることにより、所望の平面の画像すなわちトモグラム（断層写真）を形成する。トモシンセシスでは、一組の成分（コンポーネント）放射線画像が、従来の断層写真法に用いられている経路に沿って不連続な間隔で線源をパルス駆動することにより形成される。これらの成分画像は、互いに対して重ね合わされて平行移動されて、１枚のトモグラムを合成する。焦点平面は、並進距離の関数として選択自在である。単一の曝射系列から、断層写真法データのシフト及び加算（shift and add）を変化させることにより、多くの視平面を形成することができる。

ディジタル・トモシンセシス（ＤＴＳ）は、角度限定型の撮像手法であり、１回の断層画像取得時に取得される画像の内部に含まれる情報に基づいて、断層平面の再構成を可能にする。対象の一組の二次元（２Ｄ）画像が得られ、またこれらの画像から三次元（３Ｄ）画像が形成される。３Ｄ画像を形成するために、通常は、逆投影手法が用いられる。例えばディジタル・トモシンセシスでは、実装が相対的に簡単であり計算パワーの要件が最小限で済むため「単純逆投影」又は「シフト及び加算アルゴリズム」として公知の一つの逆投影手法をしばしば用いて画像（例えば３Ｄ画像）を再構成する。しかしながら、シフト及び加算アルゴリズムは、再構成アーティファクトを導入する。実際に、コントラストの高い平面外構造が、対象の再構成された水平スライスにおいて、幾つかの相対的にコントラストの低い写しとして現われる傾向にある。また、微小構造についてのコントラスト損失が、単純な逆投影再構成手法では復元されない。このように、従来のシフト及び加算アルゴリズムにはこの利用分野では看過し得ない問題がある。トモシンセシスに用いられるもう一つの再構成方法は、代数的再構成手法（ＡＲＴ）として公知である。ＡＲＴは、シフト及び加算アルゴリズムよりも品質の高い再構成を生成する傾向にあるが、典型的には、他の計算手法（例えばシフト及び加算アルゴリズム）よりも計算量が遥かに多くなる。

しかしながら、これら全ての再構成アルゴリズムが、再構成される画像に何らかの種類の顕著なアーティファクトを導入する。様々なイメージング・システムにおいてアーティファクトを低減する幾つかの手法が存在している。加えて、撮像装置の殆どが、撮像対象の放射線被曝を最小にするためにコリメータを用いている。コリメーションの影響で、何らかの種類のアーティファクトが投影画像に導入される。これらのアーティファクトは特に、コリメーション装置の影響のため生成されるものであって、コリメーション・アーティファクト、線アーティファクト、階段アーティファクト又はコリメーション・エッジ・アーティファクトとして広く知られている。しかしながら、さらに、トモシンセシスに適用される様々なコンピュータ・グラフィック手法の近年の発展から、他のアーティファクトが発見されている。これらのアーティファクトは、３Ｄ画像の表面に重なった周期的な環又は溝として現われる。

３Ｄ画像のアーティファクトの低減を容易にするアルゴリズム及び方法を提供することが望ましい。また、ディジタル・トモシンセシス・システムの再構成画像において邪魔になる線アーティファクトを低減することにより、画質を高めることが望ましい。

ここでは以上に述べた短所、欠点及び問題を扱い、これらのことについては以下の明細書を精読して理解することにより理解されよう。

本発明は、トモシンセシス再構成画像のアーティファクトを低減する方法を提供する。この方法は、（ａ）異なる投影角度から複数の投影画像を取得するステップと、（ｂ）少なくとも一つの予め画定されている区域に基づいて各々の投影画像の関心区域を画定するステップと、（ｃ）少なくとも１枚の三次元画像を再構成するために各々の投影画像の関心区域を逆投影するステップとを含んでいる。一実施形態では、予め画定されている区域は、撮像装置に用いられるコリメータの視野によって画定される。

もう一つの実施形態では、トモシンセシスを用いて対象の三次元画像を構築するシステムを提供する。このシステムは、（ａ）少なくとも一つの予め画定されている区域に基づいて画像データ取得の後に複数の投影画像の関心区域を画定して、（ｂ）少なくとも１枚の３Ｄ画像を再構成するために各々の投影画像の関心区域を逆投影するようにプログラムされているコンピュータを含んでいる。

さらにもう一つの実施形態では、改善されたアーティファクト低減を行なうトモシンセシス・システムを提供する。このシステムは、複数の位置から撮像対象を通してＸ線ビームを投射するように構成されているＸ線源と、線源と撮像対象との間に配置されているコリメータとを含んでいる。このシステムはさらに、Ｘ線ビームに対応する複数の信号を発生するように構成されている検出器と、各々の投影画像がそれぞれの複数のピクセルを含むような複数の投影画像を形成すべく上述の複数の信号を処理するように構成されているコンピュータとを含んでいる。コンピュータはさらに、少なくとも一つの予め画定されている区域に基づいて画像データ取得の後に複数の投影画像の関心区域を画定して、少なくとも１枚の３Ｄ画像を再構成するために各々の投影画像の関心区域を逆投影するように構成されている。

本発明のその他様々な特徴、目的及び利点は、添付図面及び本発明の詳細な説明から当業者には明らかとなろう。

以下の詳細な説明では、説明の一部を成す添付図面を参照し、図面では、実施され得る特定の実施形態を説明のために示している。これらの実施形態は、当業者が実施形態を実施することを可能にするように十分に詳細に記載されており、他の実施形態が利用され得ること、また実施形態の範囲から逸脱することなく論理的変形、機械的変形、電気的変形及び他の変形を施し得ることを理解されたい。従って、以下の詳細な説明は、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

様々な実施形態において、本発明による方法は、（ａ）異なる投影角度から複数の投影画像を取得するステップと、（ｂ）少なくとも一つの予め画定されている区域に基づいて各々の投影画像の関心区域を画定するステップと、（ｃ）少なくとも１枚の三次元画像を再構成するために各々の投影画像の関心区域を逆投影するステップとを含んでいる。

本書では、本発明の手法を医用撮像応用に関して説明するが、本発明は、この応用若しくは環境、又は如何なる特定の応用若しくは環境にも限定されないことを特記しておく。寧ろ、この手法は、二、三のみ挙げると手荷物及び小荷物の取り扱い及び検査、並びに部品検査及び品質管理等のような一定範囲の応用に用いられ得る。

本発明はまた、顕著に改善されたコリメータ・アーティファクトの低減及び高められた画質によってトモシンセシスを用いて対象の三次元画像を構築するシステムを提供する。

図１は、投影画像データを取得して処理して、撮像対象を表わす容積測定画像又は３Ｄ画像を再構成するために用いられ得るイメージング・システム１００を線図で示す。図示の実施形態では、システム１００は、投影画像データを取得すること、及び本発明の手法に従って画像データを表示用に処理してアーティファクトの低減を解析することの両方を行なうように設計されたトモシンセシス・システムである。図１に示す実施形態では、イメージング・システム１００は、典型的にはトモシンセシスにおけるＸ線である放射線の線源１０を含んでおり、線源１０は撮像対象に対して自由に移動可能である。この実施形態の例では、Ｘ線源１０は典型的には、Ｘ線管、並びに付設されている支持構成要素及び濾波構成要素を含んでいる。但し、幾つかのシステムでは、１よりも多い放射線源を用いてもよい。

放射線流１２が線源１０によって放出されて、対象２０例えば医療応用では患者に入射する。放射線の一部１４は対象２０を透過するか又は対象２０の周囲を通過して、参照番号３０に全体的に示す検出器アレイに入射する。アレイの検出器素子が、入射したＸ線ビームの強度を表わす電気信号を発生する。これらの信号を取得して処理して、対象の内部の特徴の容積測定画像又は３Ｄ画像を再構成する。

コリメータ４０は、医用撮像応用では、患者の身体において診断を必要とする区域を曝射して周囲区域の無用なＸ線被曝を防ぐために丁度十分な形状及び寸法にＸ線ビーム野を制限するのに用いられる装置である。コリメータ４０は、必要に応じて患者又は対象の前方に配置されても後方に配置されてもよい。一般にディジタル・トモシンセシスでは、プリ・ペイシェント（患者前方）コリメーションが用いられる。コリメータ４０は、Ｘ線源１０から発散するＸ線ビーム１２の寸法及び形状を画定することができる。明らかに、コリメータ４０は、臨床的な関心のある領域の外部の患者の解剖学的構造への無用な放射線を回避し又は最小にし得るように、投影画像での視野（ＦＯＶ）を画定する。

線源１０は、対象２０及び検出器３０に対する線源１０の配置を含めて、トモシンセシス検査系列のための電力信号及び制御信号の両方を供給する制御装置５０によって制御される。さらに、検出器３０が、検出器３０において発生される信号の取得を指令する制御装置５０に結合されている。制御装置５０はまた、ダイナミック・レンジの初期調節及びディジタル画像データのインタリーブ等のような様々な信号処理作用及びフィルタ処理作用を実行することができる。一般的には、制御装置５０は、検査プロトコルを実行して取得されたデータを処理するようにイメージング・システム１００の動作を指令する。ここでの文脈では、制御装置５０はまた、典型的には汎用型又は特定応用向けのディジタル・コンピュータを基本要素とする信号処理サーキットリと、コンピュータによって実行されるプログラム及びルーチン、並びに構成パラメータ及び画像データを記憶する付設されたメモリ・サーキットリと、インタフェイス回路等とを含んでいる。制御装置５０は、撮像装置１００と協働してコリメーションのエッジを識別する。このことは従来用いられている手法によって達成され、「精密装置フィードバック」、「画像に基づく検出方法」若しくはこれら二つの組み合わせ、又は当技術分野に存在するその他任意の類似手法によって達成される。

図１に示す実施形態では、制御装置５０は、対象２０及び検出器３０に対してＸ線源１０を配置する配置サブシステム２６（詳細には図示されていない）に結合されている。代替的な実施形態では、配置サブシステム２６は、検出器３０又は場合によっては対象２０を線源１０の代わりに又は線源１０と共に移動させてもよい。さらにもう一つの実施形態では、１よりも多い構成要素が配置サブシステム２６によって制御されて移動自在であってもよい。このようにして、本書で後に改めて詳細に説明する様々な実施形態に従って線源１０、対象２０及び検出器３０の相対的な位置を配置サブシステム２６を介して変更することにより、対象２０の全体にわたる様々な角度で放射線画像投影を得ることができる。上で述べたように、幾つかのシステムでは分散型放射線源を用いてもよく、かかるシステムは、上述のような線源の変位を必要としない場合もある。

加えて、当業者には認められるように、放射線源は、制御装置５０の内部に配設されているＸ線制御器５２によって制御され得る。具体的には、Ｘ線制御器５２は、Ｘ線源１０に電力信号及びタイミング信号を供給するように構成されている。また、やはり制御装置５０の内部に配設されているモータ制御器５４を用いて、配置サブシステム２６の移動を制御することができる。

さらに、制御装置５０はまた、データ取得システム５６を含むものとして図示されている。検出器３０は典型的には制御装置５０に結合されており、さらに具体的にはデータ取得システム５６に結合されている。データ取得システム５６は、検出器３０の読み出し電子回路によって収集されたデータを受け取る。データ取得システム５６は典型的には、サンプリングされたアナログ信号を検出器３０から受け取って、コンピュータ７０による後の処理のためにこれらのデータをディジタル信号へ変換する。もう一つの実施形態では、サンプリングされた信号は、検出器３０の内部でディジタル信号へ変換されて、これらのディジタル信号が有線、光学式又は無線のインタフェイスによってデータ取得システム５６へ連絡される。

コンピュータ７０は典型的には、制御装置５０に結合されている。データ取得システム５６によって収集されたデータはコンピュータ７０へ、またさらにメモリ６０へ伝送され得る。尚、多量のデータを記憶するように構成されている任意の形式のメモリをかかる例示的なシステム１００によって用いてよいことを理解されたい。メモリ６０は、画像の関心区域を画定する際のさらなる処理のために用いられ得るコリメーション装置の頂点を記憶する。コンピュータ７０はまた、操作者から操作者ワークステーション８０を介して命令及び走査パラメータを受け取るように構成されており、典型的にはキーボード及び他の入力装置を備えている。コンピュータ７０はまた、投影画像データ集合から容積測定画像の再構成を実行する。投影画像又は容積測定画像は再観察のために表示器９０へ伝送されることができ、またさらに記憶のためにメモリ６０へ伝送されることができる。操作者は、入力装置を介してシステム１００を制御することができる。このようにして、操作者は、投影画像又は再構成された容積測定画像、及びシステムに関連するコンピュータ７０からのその他のデータを観察したり、撮像を開始したり等することができる。これら全ての作用は、単一のコンピュータによって実行されてもよいし、又は特定のハードウェア、例えば高速再構成のためのハードウェアを可能性として含む数台のコンピュータに跨がって分散されていてもよい。

操作者ワークステーション８０に結合されている表示器９０を用いて、再構成された容積測定画像又は適当に処理された形態の容積測定画像を観察し、また撮像を制御することができる。尚、コンピュータ７０及び操作者ワークステーション８０は他の出力装置に結合されていてもよく、他の出力装置としては、標準型又は特殊目的のコンピュータ・モニタ及び付設の処理サーキットリ等があることをさらに特記しておく。操作者ワークステーション８０の１又は複数が、システム・パラメータを出力する、検査を要求する、及び画像を観察する等を行なうためにシステムにさらにリンクされていてもよい。一般的には、表示器、プリンタ、ワークステーション、及びシステム内に供給されている類似の装置は、データ取得構成要素に対してローカルに位置していてもよいし、これらの構成要素からリモートに位置していてもよく、施設又は病院の内部の他の場所に位置していてもよいし、インターネット及び仮想的私設網のような１又は複数の構成自在型網を介して画像取得システムにリンクされて全く異なる位置に位置していてもよい。

トモシンセシス・イメージング・システム１００では、線源１０は、焦点からＸ線を放出する。一実施形態では、コリメータ４０は線源１０と対象２０との間に配置されている。放射線流は対象の特定の領域に向かって照射される。対象の特定の領域は典型的には、領域の最も有用な走査を行ない得るように操作者によって選択される。システム１００の典型的な動作では、Ｘ線源１０は対象２０（患者又は他の被検体若しくは関心対象）及びコリメータを間に挟んで検出器３０に対向配置されており、Ｘ線源１０は次いで、焦点から検出器３０に向けて対象２０を通してＸ線ビームを投射することができる。コリメータは画像の視野を画定して、対象の過剰な放射線被曝を制限する。初期ビームはコリメータを通過するため、対象に入射するビームはコリメータの視野を有する。一旦、ビームが撮像対象と相互作用したら、ビームの強度は対象の特性によって変調される。

コンピュータは、データ取得によって取得される複数の投影画像の関心区域を画定するようにプログラムされている。関心区域は、投影された画像からコリメータの視野に基づいて画定される。コンピュータはまた、少なくとも１枚の３Ｄ画像を再構成するために各々の投影画像の関心区域を逆投影するようにプログラムされている。次いで、処理済みのデータすなわち関心区域の範囲内に収まる投影画像のデータは典型的には、再構成アルゴリズムに入力されて被走査容積の容積測定画像を組み立てる。トモシンセシスでは、限定された数、典型的には３０枚以下の投影画像が取得され、各々の投影画像が対象及び検出器に対して異なる角度にある。再構成アルゴリズムが典型的には用いられて、この投影画像データの再構成を実行して容積測定画像を形成する。再構成された容積測定画像は、これらの特徴の三次元特性及び空間的関係を示すように表示することができる。再構成された容積測定画像は典型的には、複数のスライスとして構成されている。幾つかの実施形態では、単一のスライスが、検出器平面に本質的に平行な平面に位置する撮像対象の特徴に対応し得る。再構成された容積測定画像は、撮像された容積の範囲内にある対応する位置での構造を表わす単一の再構成されたスライスを含んでいてもよいが、１よりも多いスライス画像が典型的には算出される。

図２は、本発明の一実施形態によるトモシンセシスの方法を示す模式図を示す。トモシンセシスは、Ｘ線撮像の先進的な応用であり、限定された角度にわたって取得された一組の低線量投影画像から対象の任意の数の断層平面の遡及的な再構成を可能にする。ディジタル・トモシンセシスは、対象の二次元（２Ｄ）投影画像からの三次元（３Ｄ）画像の再構成である。ディジタル・トモシンセシス・システム２００は、Ｘ線源２１０と、ディジタル検出器である２Ｄ Ｘ線検出器２３０とを含んでいる。撮像対象２２０が、線源２１０と検出器２３０との間に配置されている。典型的なディジタル・トモシンセシス・システムでは、データ取得時に、Ｘ線源２１０がガントリ（図示されていない）によってピボット点を中心として限定された角度範囲にわたって円弧上を回転して、対象の一組の投影放射線画像がＸ線源２１０の離散的な位置において検出器２３０によって取得される。取得時には、Ｘ線源２１０は図２に示される方向に沿って移動して、Ｘ線ビーム点が取得時に常に検出器を指向するように同期して回転する。検出器は、放射線画像が取得されている間に静止した位置に保たれる。さらに、線源２１０は、典型的には検出器２３０に対して実質的に平行な平面２４０の内部を移動することができる（但し単一の平面の外部を移動してもよい）。このようにして、異なるビュー角度からの複数の放射線ビューが検出器２３０によって収集され得る。

一実施形態では、線源２１０と検出器２３０との間の距離は約１８０ｃｍであり、線源２１０の全運動範囲は３１．５ｃｍ〜１３１ｃｍであり、すなわち０°を中央位置とすると±５°〜±２０°に相当する。本実施形態では、典型的には少なくとも１１枚の投影が取得されて、全角度範囲をカバーする。

検出器２３０は複数の検出器素子によって全体的に形成されており、これらの検出器素子は、ピクセルに全体的に対応しており、関心領域を透過しまた関心領域の周りを通過したＸ線の強度を感知する。介在する構造のＸ線の減弱及び吸収に依存して、各々のピクセル領域に入射する放射線は区々となる。一実施形態では、検出器２３０は、２，０４８×２，０４８個の素子の矩形アレイから成り、ピクセルの寸法は２００μｍ×２００μｍであるが、検出器２３０及び検出器２３０内のピクセルの両方について他の構成及び寸法が可能であることは言うまでもない。各々の検出器素子が検出器上の素子の位置でのＸ線ビームの強度を表わす電気信号を発生する。

一実施形態では、検出器２３０はアモルファス・シリコン製のフラット・パネル型ディジタルＸ線検出器である。但し、検出器２３０はディジタル投影画像を形成する任意のＸ線検出器であってよく、限定しないが電荷結合素子（ＣＣＤ）、ディジタル式フィルム・スクリーン、又は直接変換型検出器のような他のディジタル検出器等であってよい。かかる検出器は電子雑音が小さく読み出し回数が高速であるので、競合する検出器技術に比較して患者に対する全体線量を少なくした多くの投影による取得が可能になる。

一旦、投影放射線画像が得られたら、これらの画像を互いに対して空間的に平行移動させて、トモシンセシス平面に位置する構造の画像が正確に重なるような態様で重ね合わせる。トモシンセシス平面の外部の構造の画像は正確には重ならず、これらの構造の深さ依存型ボケが結果として生ずる。投影放射線画像の相対的な平行移動の量を変化させることにより、トモシンセシス平面の位置を対象の範囲内で変化させることができる。トモシンセシス平面が変化させられる度毎に、重なった構造に対応する画像データが重ね合わされて、トモシンセシス平面に位置する構造の２Ｄ画像が得られる。一旦、対象の完全な一組の２Ｄ画像が得られたら、この一組の２Ｄ画像から対象の３Ｄ画像が形成される。

図３は、本発明の様々な実施形態によるトモシンセシス・システムでの投影画像に見られる視野の例を示す。Ｘ線コリメータは、医用撮像応用では、患者の身体において診断を必要とする区域を曝射して周囲区域の無用なＸ線被曝を防ぐのに丁度十分な形状及び寸法にＸ線ビーム野を制限するのに用いられる。換言すると、コリメータは、Ｘ線曝射を最小にしてＸ線投与線量の効率を最高にし、診断に最適な量の画像データを得ることを助ける。一般的には、Ｘ線コリメータは、Ｘ線野の縮小のためにＸ線を遮断するリーフ又はブレードの構成に依存して、Ｘ線ビームを実質的な矩形、円形又はこれらの組み合わせのいずれかにコリメートすることにより、Ｘ線ビーム野の縮小を行なう。ディジタル・トモシンセシス・システムではプリ・ペイシェント・コリメータがしばしば用いられ、無用な放射線を可能な限り回避し得るように投影画像の視野（ＦＯＶ）を局限する。ＦＯＶは通例は、市販のＸ線医用撮像製品の殆どで多角形（矩形又は台形のいずれか）である。図３は、投影画像に見られる幾つかの典型的なＦＯＶ形状を示す。コリメータの視野を画定する頂点をＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と示す。コリメータは典型的には、コリメートされている区域では極く少数のフォトンが検出器に到達するようにＸ線を透過させ難くする金属材料で作製されている。しかしながら、負対数の後には、これらの区域は高強度（明るい）区域として現われる。

図４は、本発明の一実施形態によるトモシンセシス・イメージング・システムでのコリメーション・アーティファクト低減方法のステップ例を示す高レベル流れ図である。流れ図４００は、一実施形態のアーティファクト低減方法を示す。ブロック４１０では、異なる投影角度から複数の画像を取得する。取得される画像は２Ｄ画像である。画像取得は例えば、ビューがディジタル形態で作成され得る（又はディジタル形態へ変換され得る）という条件で多くの手法のいずれか一つを用いて（例えばディジタル検出器を用いて）実行される。ブロック４２０では、予め画定されている区域に基づいて各々の投影画像の関心区域を画定する。一実施形態では、予め画定されている区域はＸ線コリメータによって画定される視野である。コリメータの視野が、投影画像の各々について識別される。ブロック４３０では、少なくとも１枚の３Ｄ画像を再構成するために予め画定されている区域の範囲内に収まる投影画像を逆投影する。図５は、コリメータ・アーティファクトを最小にする本発明の手法のコリメーション・アーティファクト低減方法によって実行される特定のステップをさらに詳細に説明している。

図５は、本発明の手法の各観点に従ってコリメータ・アーティファクトを低減するコリメーション・アーティファクト低減方法のステップ例をさらに詳細に説明する流れ図である。流れ図５００は、本発明の一実施形態のアーティファクトを低減する方法の詳細なステップを示す。ブロック５１０では、Ｘ線ビームをコリメーション装置に通す。上で触れたように、Ｘ線源はピボット点を中心として限定された角度範囲にわたって回転されて、Ｘ線ビーム点が取得時に常に検出器を指向するように同期して回転する。ブロック５２０では、異なる投影角度からのＸ線ビームが対象と相互作用する。ビームの強度は、対象の特性によって変調される。ブロック５３０では、検出器は異なる投影角度から複数の画像を得る。検出器によって複数の画像を得ることについては図２において説明されている。この画像を一般的には、投影画像と呼ぶ。

ブロック５４０では、コリメータの視野を画定する頂点を識別する。このブロックは、次の２段のステップで有利に達成され得る。すなわち、先ず、市販のＸ線コリメータの殆どは１ｃｍの精度で組み込みの配置フィードバックを有している。精度は十分と言うには程遠いが、この情報を開始点として用いることができる。第二に、コリメータ・フィードバックに基づいて、画像処理アルゴリズムを典型的には用いて、画像検索によって頂点の座標を精密化する。ブロック５５０では、各々の投影画像の関心区域を識別する。一実施形態では、関心区域はコリメータの視野に基づいて識別される。投影は遠近法式であるため、コリメータの頂点は、検出器においては原点に対して僅かに異なる位置に投影され、結果としてコリメータによって画定される視野の寸法及び形状が投影画像間で異なるものとなる。故に、コリメータの頂点を各々の投影画像毎に識別する。ブロック５６０では、コリメータの視野の範囲内に収まる投影画像の部分を識別して、逆投影して画像を再構成する。画像を再構成する際には言及した様々な逆投影手法を用いることができる。

ブロック５７０では、再構成画像のトリミング（cropping）を実行する。このステップは、多数のスライス画像が再構成される場合に用いられる。コリメーションの適用及び投影画像の逆投影によって、再構成されたスライス画像の画像寸法が異なる（高さに依存して）という意図しない効果が生じ得る。トリミングを行なう理由はコーン・ビーム幾何学的構成にある。すなわち、点源からのＸ線ビームは円錐形状を有する。今日の市販のＸ線設備の殆どは点源を用いている。コーン・ビーム幾何学的構成のため、投影データを逆投影してスライス画像を再構成するときに、線源に近いスライス画像の方が、線源から遠いあらゆるスライスよりも視野が小さくなる。この効果によって、異なる画像寸法のスライス画像が生ずる。故に、全てのスライス画像をトリミングして、線源までの距離を問わず同じ寸法にする。一実施形態では、トリミングは予め画定されている区域に基づいて行なわれる。予め画定されている区域は、１若しくは複数の投影画像でのコリメータの視野の頂点によって画定される区域、又は１若しくは複数の再構成画像でのコリメータの視野において画定される区域を含んでいる。但し、このことを行なう方法としては、全てのスライスを予め画定されている寸法に合わせてトリミングする、全てのスライスを最下のスライス画像の視野に合わせてトリミングする、全てのスライスを中間的なスライスの視野に合わせてトリミングする、全てのスライスを最上のスライスの視野に合わせてトリミングする、及び全てのスライスを０°投影画像の視野に合わせてトリミングする等の多くの方法が存在している。或いは、１若しくは複数の投影画像からのＰ１〜Ｐ４情報、１若しくは複数のスライス画像からのＰ１〜Ｐ４情報、又は両方の混合を用いてトリミングを行なってもよい。

図６は、従来技術による断層写真法合成（トモグラフィック・シンセシス）イメージング・システムでの再構成画像を示す。上で触れたように、ディジタル・トモシンセシスは、逆投影アルゴリズム又はその変形を用いて、所望の３Ｄ画像又はスライス画像を再構成する。通常、高強度のコリメータ・エッジを有する投影画像を逆投影して複数のスライス画像とする。これにより投影データの一貫性が崩れ、従って図６に示すもののような線アーティファクトが画像に導入される。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、本発明の一実施形態に開示されている方法を用いる前（図７（Ａ））及び用いた後（図７（Ｂ））の再構成画像の並置比較を示す。図７（Ａ）は、アーティファクトを低減する如何なる方法も用いない再構成画像を示す。図７（Ｂ）は、本発明の一実施形態を用いた再構成画像を示す。コリメータの視野の範囲内に収まる投影画像を逆投影して画像を再構成している。図７（Ｂ）に示す画像の線アーティファクトはかなり低減されており、画像の画質が著しく高まっている。

好適実施形態に関して本発明を説明したが、当業者は、本発明の要旨から逸脱することなく実施形態に幾つかの置換、変形及び除外を施し得ることを認められよう。従って、以上の記載は例示のみのためのものとし、特許請求の範囲に述べる本発明の範囲を限定しないものとする。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。

本発明の一実施形態に記載されているコリメーション・アーティファクト低減方法を用いることが可能なディジタル・トモシンセシス・イメージング・システムの模式図である。 本発明の一実施形態によるトモシンセシスの方法を示す模式図である。 本発明の実施形態によるトモシンセシス・システムの投影画像に見られる視野の例を示す図である。 本発明の一実施形態によるトモシンセシス・イメージング・システムでのコリメーション・アーティファクト低減方法のステップ例を示す高レベル流れ図である。 図４に示す本発明の手法の各観点によるコリメーション・アーティファクト低減方法のステップ例を詳細に記載した流れ図である。 従来技術による断層写真法合成イメージング・システムでの再構成画像を示す図である。 本発明の一実施形態において開示される方法を用いる前の再構成画像について並置比較を示す図である。 本発明の一実施形態において開示される方法を用いた後の再構成画像について並置比較を示す図である。

符号の説明

１００ イメージング・システム
１０ 放射線源
１２ 放射線流
２０ 対象
３０ 検出器
４０ コリメータ
５０ 制御装置
５２ Ｘ線制御器
５４ モータ制御器
５６ データ取得システム
２６ 配置サブシステム
６０ メモリ
７０ コンピュータ
８０ 操作者ワークステーション
９０ 表示器
２００ ディジタル・トモシンセシス・システム
２１０ 対象
２２０ Ｘ線源
２３０ 検出器
２４０ Ｘ線源の移動平面
４００ アーティファクトを低減する動作
４１０ 複数の画像を取得する動作
４２０ 関心区域を画定する動作
４３０ 逆投影する動作
５００ アーティファクトを低減する動作
５１０ Ｘ線ビームをコリメータに通す動作
５２０ コリメートされたビームを対象と相互作用させる動作
５３０ 複数の画像を検出する動作
５４０ コリメータの頂点を識別する動作
５５０ 関心区域を識別する動作
５６０ 逆投影する動作
５７０ トリミングする動作

Claims (10)

1. トモシンセシス再構成画像のアーティファクトを低減する方法であって、
   異なる投影角度から複数の投影画像を取得するステップ（４１０）と、
   少なくとも一つの予め画定されている区域に基づいて各々の投影画像の関心区域を画定するステップ（４２０）と、
   少なくとも１枚の三次元画像を再構成するために各々の投影画像の前記関心区域を逆投影するステップ（４３０）と
   を備えた方法。
2. 放射線ビームを少なくとも一つのコリメータ（４０）に通すステップをさらに含んでおり、該コリメータ（４０）は、当該コリメータの視野を識別する一定数の頂点を有する任意のビーム減弱性構造を有するように構成されている、請求項２に記載の方法。
3. 前記少なくとも一つの予め画定されている区域は、少なくとも一つのコリメータ（４０）の視野を含んでいる、請求項１に記載の方法。
4. 各々の投影画像の前記関心区域を画定する前記ステップは、
   （ａ）前記複数の画像の各々について前記コリメータ（４０）の前記画定する視野の頂点を識別するステップと、
   （ｂ）各々の画像について別個に前記識別された頂点を記憶するステップと
   をさらに含んでいる、請求項１に記載の方法。
5. （ａ）各々の投影画像について前記コリメータの前記視野を画定する前記頂点の座標を得るステップと、
   （ｂ）各々の投影画像について前記コリメータの前記視野の範囲内に収まる各々の投影画像の画像ピクセルを識別するステップと
   をさらに含んでいる請求項６に記載の方法。
6. 再構成された三次元画像をトリミングするステップをさらに含んでおり、前記画像の境界が、少なくとも一つの予め画定されている区域に基づいてトリミングされる、請求項１に記載の方法。
7. 前記少なくとも一つの予め画定されている区域は、１若しくは複数の投影画像における前記コリメータの前記視野の前記頂点により画定される区域、又は１若しくは複数の再構成画像において画定されている前記コリメータの前記視野により画定される区域を含んでいる、請求項１０に記載の方法。
8. トモシンセシスを用いて対象の三次元画像を構築するシステムであって、
   （ｉ）コンピュータ（７０）を備えており、
   （ii）該コンピュータは、
   （ａ）少なくとも一つの予め画定されている区域に基づいて画像データ取得の後に複数の投影画像の関心区域を画定して（４２０）、
   （ｂ）少なくとも一つの三次元（３Ｄ）画像を再構成するために各々の投影画像の前記関心区域を逆投影する（４３０）
   ようにプログラムされている、システム。
9. 前記予め画定されている区域は、トモシンセシス・システム（１００）に設けられている少なくとも一つのコリメータ（４０）の視野を含んでいる、請求項１２に記載のシステム。
10. 各々の投影画像の前記関心区域は、前記コリメータの前記視野の範囲内に収まる投影画像のピクセルを含んでいる、請求項１２に記載のシステム。