JP2009515586A - 画像を生成するための信号処理ユニット - Google Patents
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Abstract
本発明の例示的な実施の形態は、断層撮影システムのデータ信号に基づいて被検査対象の画像を生成するための信号処理ユニットを提供する。当該信号処理ユニットは、プロセッサ及び入力インタフェースを有し、入力インタフェースは、被測定データ信号を受信するように適応される。さらに、プロセッサは前記被測定データ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成するように適応され、前記肺ゲーティング信号を用いることにより前記被測定データ信号に基づいて画像を生成するようにさらに適応される。すなわち、測定データが、肺ゲーティング信号の生成及び画像の生成の両方に用いられる。
Description
本発明は、画像を生成するための信号処理ユニット、信号処理ユニットを有する断層撮影システム、画像を生成するための方法、コンピュータ可読媒体及びプログラム要素に関する。
信号処理ユニットは、複数の分野において用いられる。1つの分野は、コンピュータ断層撮影(CT)、特にいわゆる遡及的肺ゲート制御コンピュータ断層撮影である。遡及的肺ゲート制御コンピュータ断層撮影は、関心が高まっている取得及び分析モードである。そのような遡及的肺ゲート制御CT装置において、対象から得られたデータの信号処理は、ゲーティング信号を考慮することによって、撮像間の対象の運動を考慮して実行される。例えば、対象の胸部又は腹部の画像を生成する間、対象の呼吸周期中の決められたポイントのデータだけが、画像を生成するために用いられる。呼吸が胸部及び/又は内側の器官の外側の位置を変えるので、これは行われる。そのような態様で、運動によって生じるアーチファクトを低減することが可能である。CTの肺ゲーティングにおける1つの特有の懸念は、ゲーティング装置自体である。
従来のゲーティング装置は、例えばUS2004/0081269に開示される。その文献に開示されるCTシステムは、X線源を備えるガントリ、放射検出器アレイ、患者支持構造物及び患者キャビティを有する。X線源の肺(呼吸)ゲーティングを実現するために、システムは、患者の呼吸周期に応答してゼロ位相パルスを生成する特別なセンサシステムを有する。このパルスは、放射ビーム及びスキャンデータ取得の発生をゲートし、信号処理ユニットにおける信号処理及び画像生成のためのゲート信号としても用いられる。
しかしながら、画像を生成するための他の信号処理ユニット、信号処理ユニットを有する他の断層撮影システム、及び画像を生成するための他の方法の必要がある。
この必要は、独立請求項による信号処理ユニット、信号処理ユニットを有する断層撮影システム、断層撮影システムのデータ信号に基づいて画像を生成するための方法、コンピュータ可読媒体、及びプログラム要素によって満たされることができる。
本発明の例示的な実施の形態は、断層撮影システムのデータ信号に基づいて被検査対象の画像を生成するための信号処理ユニットを提供し、当該信号処理ユニットはプロセッサ及び入力インタフェースを有し、前記入力インタフェースは、被測定データ信号を受信するように適応される。さらに、前記プロセッサは、前記被測定データ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成するように適応され、当該肺ゲーティング信号を用いることにより前記被測定データ信号に基づいて画像を生成するようにさらに適応される。
さらに、例示的な実施の形態は断層撮影システムに関し、当該システムは、信号処理ユニット並びに放射源及び放射検出器を備える断層撮影装置を有し、前記放射検出器は、前記放射源によって放射されて被検査対象を通過した後の放射に基づいてデータ信号を測定するように適応される。さらに、信号処理ユニットは、前記測定されたデータ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成するように適応され、信号処理ユニットは、肺ゲーティング信号を利用して、前記測定されたデータ信号に基づいて画像を生成するようにさらに適応される。放射検出器は、単一の放射線センサ、複数の放射線センサ又はセンサアレイで構成されることができる。
さらに、例示的な実施の形態は、断層撮影システムのデータ信号に基いて画像を生成するための方法に関し、当該システムは、放射源及び放射検出器を備える断層撮影装置を有する。当該方法は、前記放射源によって放射されて被検査対象を通過した後の放射に基づくデータ信号を、前記放射検出器を用いて測定する。前記方法はさらに、前記測定されたデータ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成し、前記肺ゲーティング信号を用いることにより前記測定されたデータ信号に基づいて画像を生成する。
さらに、例示的な実施の形態は、放射源及び放射検出器を備える断層撮影システムのデータ信号に基づいて画像を生成するためのプログラムが保存されるコンピュータ可読媒体に関する。前記プログラムは、プロセッサによって実行される際に、前記放射源によって放射されて被検査対象を通過した後の放射に基づくデータ信号を、前記放射検出器を用いて測定する方法を制御するように適応される。さらに、前記方法は、前記測定されたデータ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成し、前記肺ゲーティング信号を用いることにより前記測定されたデータ信号に基づいて画像を生成する。
例示的な実施の形態は、放射検出器を備える断層撮影システムのデータ信号に基づいて画像を生成するためのプログラム要素に関し、前記プログラムは、プロセッサによって実行される際に、放射源によって放射されて被検査対象を通過した後の放射に基づくデータ信号を、前記放射検出器を用いて測定する方法を制御するように適応される。さらに、前記方法は前記測定されたデータ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成し、前記肺ゲーティング信号を用いることにより前記測定されたデータ信号に基づいて画像を生成する。
本発明の特有の特徴は、被測定データ信号からの固有情報(投影データとも呼ばれる)が1つ又はそれ以上の肺ゲーティング信号(以下でゲーティング信号とも呼ばれる)を生成するために用いられるということである。したがって、従来技術であれば必要であるように、ゲーティング信号を生成するために用いられることができる信号を提供するための余分な検出器を必要としないことが可能である。さらに、投影データはゲーティング装置を調整するために用いられることができ、ゲーティング装置は、処理ユニットの外にあることができるが、断層撮影システムの一部であることができ、又は断層撮影システムの一部ではないことができる。本出願によれば、ゲーティング信号は、どの被測定データが画像の生成のために用いられるか、及びどの被測定データが画像の生成のために用いられないかを決めるために画像生成において用いられる信号であることができる。断層撮影システムは、コンピュータ断層撮影装置又は磁気共鳴断層撮影装置のような任意の種類の断層撮影装置であることができる。
本発明の特有の特徴は、特に、全ての情報が投影データに由来し、したがって本方法及び信号処理ユニットが非常に高速であることができるという利点を備えていることである。本方法及び信号処理ユニットは、投影データに固有である情報だけを用いることができる。したがって、取得プロトコルは、より容易になることができる。
ゲーティング信号を生成するために投影データ(すなわち、被検査対象の画像の生成のためにも用いられるデータ)を用いることにより、投影データの高い冗長性が活用されることができる。画像の生成における肺ゲーティングの生成及び使用は、人間の胸部に位置する腫瘍の画像が生成される場合に、特に利益がある。胸部の運動は、胸部に位置する腫瘍の運動を示すことができる。したがって、心拍に関連するゲーティング信号を用いるよりも、そのような肺ゲーティング信号を用いることが有利である。これは、心臓の運動が自由意志に従わない運動であるのに対して、胸部の運動(すなわち胸壁の運動)は意図的な運動であるので、特に重要である。したがって、胸部の運動に相関する検査中の腫瘍の運動が、心拍に相関しないことが可能である。
従属請求項を参照して、本発明のさらに好ましい実施の形態が以下に説明される。
次に、本発明の信号処理ユニットの好ましい例示的な実施の形態が説明される。これらの実施の形態は、断層撮影システム、方法、コンピュータ可読媒体及びプログラム要素にも適用されることができる。
信号処理ユニットの他の例示的な実施の形態において、プロセッサは、対象の周期的な運動の極小に関するゲーティング信号を生成するように適応される。
さらに他の例示的な実施の形態において、プロセッサは、対象の周期的な運動の極大に関するゲーティング信号を生成するように適応されることができる。
上記の2つの実施の形態は、いくつかのゲーティング信号又はゲーティング信号のいくつかのグループがプロセッサによって生成されるように、併用されることができる。これらの信号又は信号のグループの1つが被検査対象の周期的な運動の極大に関し、1つが周期的な運動の極小に関する。他の対象に加えて、そのような対象は、断層撮影される人間のような被験者であることもできる。そのような場合、周期的な運動は、人間の呼吸によって生じる、人間の胸部、腹部及び/又は内部の器官の運動であることができる。被検査対象の移動又は運動状態に関するゲーティング信号を用いることにより、呼吸により生じる移動のような対象の運動によって生じる画像中のアーチファクトは、大幅に低減されることができる。そのような呼吸運動は、上部胸壁及び腹部周辺の皮膚の周期的な運動又は周期的な変位を引き起こす場合がある。例えば上部胸壁の局所的な極小及び極大の検出によって、最大の吸入及び/又は呼出の時刻が、局所的に決定されることができる。したがって、運動状態が局所的に推定されることができ、最先端の技術によれば、呼吸運動は1つの外部センサだけに基づいて監視される。したがって、本発明の信号処理ユニットを用いた運動状態の決定は、従来技術において知られている断層撮影システムの信号処理ユニットと比較して、真の運動により適切に適応されることができる。
信号処理ユニットのさらに別の例示的な実施の形態によれば、プロセッサは、平行投影の重心の決定がない肺ゲーティング信号を生成するように適応される。
それぞれの平行投影の重心の決定を用いないことによって、それは被測定データから生成されることができ、その生成は単純化されることができ、例えば、肺ゲーティング信号を生成する間、1つの計算が省略されることができる。
次に、本発明の断層撮影システムの好ましい例示的な実施の形態が説明される。これらの実施の形態は、信号処理ユニット、方法、コンピュータ可読媒体及びプログラム要素に適用されることもできる。
断層撮影システムの他の例示的な実施の形態において、放射源は回転可能である。さらに例示的な実施の形態において、放射源は対象の周期的な運動をカバーするのに適した速度で回転するように適応される。つまり、回転速度は前記運動の速度と比較して大きい。例示的な実施の形態において、この速度は、毎秒1回転以上である。つまり、放射源は、毎秒1回転、2回転、3回転又はそれ以上の回転数の速度で回転する。そのような速度で回転することによって、被検査対象が被験者、特に呼吸が通常一秒あたり1回よりもはるかに粗い時間尺度である人である場合に、呼吸動作をカバーするのに十分であるデータのサンプリングが可能である。このアプリケーションによれば、回転速度は、放射源がそれ自身の軸のまわりで回転する速度としてだけでなく、放射源が被検査対象のまわりで回転する速度としても規定される。
断層撮影システムのさらに別の例示的な実施の形態によれば、断層撮影システムは、放射源が180°回転する毎にデータ信号を測定するように適応される。
そのように、放射源が180°回転する毎にサンプリングすることよって、回転速度を増加させることなくサンプリングレートを2倍にすることが可能である。回転速度が0.5秒のように短く選択される場合の例では、250ms毎の仮想的な平行投影のロウに対応する被測定データが記録されることができる。そのようなサンプリングは、呼吸運動をカバーするのに十分であることができる。さらに、サンプリングは、大きな空間的オーバーラップを伴って行われることができる。各々のサンプリングから、被検査対象のほぼ1次元の平行投影であるいわゆる中心ロウが、生成されることができる。半回転後の中心ロウは、ほとんど同じ平行投影を含むことができ、半ピッチだけシフトされる。0°及び180°でのサンプリングから生成される2つの中心ロウを平均することで、フルスキャンは、被検査対象のほぼ2次元の平行投影を与えることができる。
さらに他の例示的な実施の形態によれば、放射は、コーンビームを放射するように適応される。好ましくは、放射検出器は、被測定データ信号がコーンビームデータを表すように適応される。
次に、本発明の方法の好ましい例示的な実施の形態が説明される。これらの実施の形態は、信号処理ユニット、断層撮影システム、コンピュータ可読媒体及びプログラム要素に適用されることもできる。
本方法の他の例示的な実施の形態によれば、被測定データ信号はコーンビームデータであり、本方法はさらに、被測定データ信号に基づいて画像を生成する前に、コーンビームデータをウェッジジオメトリに再編(re-bin)する。
画像がいわゆるウェッジジオメトリを用いることにより生成される場合、コーンビームの角度を考慮して、冗長データの取り扱いを可能にすることができる。
さらに他の例示的な実施の形態によれば、本方法はさらに、ウェッジジオメトリに基づいて、被検査対象の仮想的な平行投影を構成する。
すなわち、中間的なステップとして、1つ以上の(いわゆるスキャノグラムと同様である)仮想的な平行投影は、ヘリカルデータ(すなわち被検査対象中のヘリカルパスに沿って得られる被測定データ)から計算されることができる。この計算は、まず、コーンビームデータ(すなわちヘリカルデータ)をウェッジジオメトリに再編することによって行われることができる。それから、放射源がさらに180°回転する各々の位置において、仮想的な平行投影(例えば中心検出器ラインに沿った投影)を得ることができる。それによって、仮想的な平行投影は1つおきに、鏡映されて、放射検出器を基準にした被検査対象の運動に関するシフト(いわゆる検出器シフト)を補正される。
更なる例示的な実施の形態によれば、ゲーティング信号は、複数の仮想的な平行投影に基づいて生成される。
1つより多い仮想的な平行投影を用いることにより、時間的精度は、例えば0°、45°、90°、135°及び0°と180°との間の可能な他の角度の投影角に相当する仮想的な平行投影を用いて、改善されることができる。そのような追加の平行投影を生成することによって、他の信号曲線が、同じ特徴を備えて達成されることができる。90°の第1平行投影及び0°の第2平行投影を用いる場合、2つの信号曲線が達成されることができ、第2曲線のサンプルは、正確に第1曲線のサンプル間にあることができる。その結果、2つのデータセットがインタリーブされるならば、運動信号を2倍にすることが可能である。そのような改善は、補間を用いることによっても可能である。補間は、運動状態(例えば呼吸状態)を補間するのに十分である大きな空間的オーバーラップを備えた被測定データを用いることにより行われることができる。
本方法のまたさらに別の例示的な実施の形態によれば、ゲーティング信号は、被検査対象の運動状態を表すように適応される。特に、運動状態は、被検査対象の周期的な運動の極大又は極小であることができる。
本発明は、医療用途分野において、例えばCTのいわゆる遡及的肺ゲーティングの分野において、特に有用である。好ましくは、本発明は、16個かそれ以上の検出器ロウを有するコーンビームCTシステムの分野に用いられることができ、そのようなCTシステムは、合理的な時間内で可能な非常に小さいピッチのヘリカル収集を行うことができる。典型的なピッチは、1回転あたり約0.1mm、例えば2.4mmであることができる。そのような小さいピッチが、短い回転時間及び大きな空間的オーバーラップと組み合わせられる場合、連続する仮想的な平行投影の補間を用いて、正確な運動状態の推定が可能である。
本発明の一態様は、CTのためのデバイスレス肺ゲーティングに関する。すなわち、この態様によれば、検査中の被験者の画像を生成するためのゲーティング信号を生成するために、追加のセンサ又は検出器は用いられず、画像データを得るために既に用いられている放射検出器が、ゲーティング信号を提供するために用いられ、すなわち、同じデータが、ゲーティング信号の生成及び画像の生成のために用いられることができる。したがって、検査中の被験者の典型的な呼吸期間と比べて短い回転時間と共に、投影データの高い冗長性は、ゲーティング信号を生成するために活用されることができる。
本発明の上記の態様及び更なる態様は、以下に記載される実施の形態の例から明らかであり、その実施の形態の例を参照して説明される。本発明は実施の形態の例を参照して以下に更に詳細に説明されるが、本発明はそれに制限されない。
図面中の図解は模式的である。異なる図面において、同様の又は同じ要素は、同じ又は同様の参照符号を与えられる。
以下では、図1を参照して、コンピュータ断層撮影システム(CTシステム)の模式的な図が示される。CTシステム100は、被験者(図1では患者が説明のために模式的に示される)を支持することができる支持体101を有する。支持体100は、その長手方向軸102に沿って移動可能である。CTシステム100はまた、放射線源を含むハウジング103を有する。放射線源は、図1には示されないが、当該放射源によって放射される点線104として模式的に表された放射ビームによって示される。放射源は、支持体101のまわりで、したがって支持体101上の被験者のまわりで回転可能である。さらに、ハウジング103中には、複数の放射検出器又は放射線センサが配置され、それらはリング105によって図1中に示される。放射検出器は、360°をカバーする検出器アレイの形態で配置される。さらに、CTシステム100は、検出器アレイ105で測定される信号データを受信する入力インタフェースを備えた信号処理ユニット107を有し、その受信は矢印106によって示される。
信号処理ユニット107は、被測定データ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成するように適応されるプロセッサをさらに有する。さらに、信号処理ユニット107は、前記肺ゲーティング信号(以下ではゲーティング信号とも呼ばれる)を用いることにより、前記被測定データ信号に基づいて画像を生成するように適応される。したがって、ゲーティング信号を生成するために用いられるデータと同じデータに基づいて、画像が生成される。したがって、その信号がゲーティング信号を生成するために用いられる余分なセンサは、省略されることができる。
生成された画像は、図1中に108として模式的に表されるディスプレイに表示されることができる。
図2は、本発明の実施の形態の方法による、小さいピッチのヘリカルデータセットに由来する仮想的な平行投影を示す。画像の計算は、いくつかの仮想的な平行投影がヘリカルデータから計算される中間的なステップを実行することによって行われた。この仮想的な平行投影を達成するために、ヘリカル又はコーンビームデータは、ウェッジジオメトリに再編される。その後、仮想的な平行投影は、180°毎に中心検出器ラインをとることによって抽出され、ビューは1つおきに、鏡映されて、ヘリカルデータのピッチに対応する検出器シフトを補正される。全てのこれらのデータは、図2の2つの例に示される患者の仮想的な平行投影を形成する。図2aの画像は、患者の胸部の側面図(すなわち90°の投影)を示し、図2bの画像は、45°の投影角における胸部を示す。胸部のスキャンは、約100秒で行われた。タイムスケールは、図2中の垂直軸(高さ)によって表される。両方の画像の投影データは、0.08のピッチ及び16x1.5mmのコリメーションを用いて取得された。胸壁の極大を識別することによって、最も息を吸い込んだ時刻が導き出されることができる。同様に、極小は、最も息を吐き出した時刻を与える。
図3は、模式的に運動信号を示し、胸壁の極大及び極小の識別を説明する。極大及び極小を識別することは、2次元処理の問題である。しかしながら、この問題は、1次元の問題に単純化されることができる。x軸は、任意単位の時間軸を表す。曲線300は、投影からの運動信号を表し、図2aに示される画像中の後続ライン間の二乗平均平方根差分を計算することによって得られた。矢印301は、トリガシステム(例えばバリアンシステム)によって検出された呼吸トリガを示す。小さな差分が、最も息を吸い込んだポイント及び最も息を吐き出したポイントにおいて得られるが、一般に、1つおきの極小の位置は、専用の肺トリガ装置のトリガパルスとよく相関する。しかしながら、302で示されるポイントにおいて、専用の呼吸センサは、1つの呼吸周期を取り逃がした。この時に、投影からの運動信号を調べれば分かるように、呼吸の深さが強く変化した。
曲線300の時間的ふるまいに注目することにより、信号の変化が我々のサンプリングによってうまく回復されることが結論付けられる。0.5秒の回転時間を用いる場合、運動信号は0.25秒の時間分解能を備え、これは曲線の1つのサンプルが250ms毎に取得されることを意味する。そのような状況の下では、アンダーサンプリングは生じない。したがって、より正確に真の極小を推定するために、オリジナルサンプルの間でサンプルを補間することが可能である。
「有する」との語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形の語は複数を除外しないことに留意する必要がある。また、異なる実施の形態に関連して説明される要素は、組み合わせられることができる。請求項中の参照符号は、請求項の範囲を制限するように解釈されてはならないことに留意すべきである。
Claims (18)
- 断層撮影システムのデータ信号に基づいて被検査対象の画像を生成する信号処理ユニットであって、
当該信号処理ユニットは、プロセッサ及び入力インタフェースを有し、
前記入力インタフェースは、被測定データ信号を受信し、
前記プロセッサは、前記被測定データ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成し、
さらに前記プロセッサは、前記肺ゲーティング信号を用いることにより、前記被測定データ信号に基づいて画像を生成する、
信号処理ユニット。 - 前記プロセッサが、前記対象の周期的な運動の極小に関連する肺ゲーティング信号を生成する、請求項1に記載の信号処理ユニット。
- 前記プロセッサが、前記対象の周期的な運動の極大に関連する肺ゲーティング信号を生成する、請求項1に記載の信号処理ユニット。
- 前記プロセッサが、平行投影の重心の決定がない肺ゲーティング信号を生成する、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の信号処理ユニット。
- 信号処理ユニット及び放射源と放射検出器とを備える断層撮影装置を有する断層撮影システムであって、
当該断層撮影システムは、前記放射源により放射されて被検査対象を通過した後の放射に基づいて前記放射検出器によってデータ信号を測定し、
前記信号処理ユニットは、前記測定されたデータ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成し、
さらに前記信号処理ユニットは、前記肺ゲーティング信号を利用して、前記測定されたデータ信号に基づいて画像を生成する、
断層撮影システム。 - 前記放射源が回転可能である請求項5に記載の断層撮影システム。
- 前記放射源が、前記被検査対象の周期的な運動をカバーする速度で回転する請求項6に記載の断層撮影システム。
- 前記速度が、毎秒1回転より速い請求項7に記載の断層撮影システム。
- 前記放射検出器が、前記放射源が180°回転する毎に前記データ信号を測定する請求項6から請求項8のいずれか一項に記載の断層撮影システム。
- 前記放射源が、コーンビームを放射する請求項5から請求項9のいずれか一項に記載の断層撮影システム。
- 放射源と放射検出器とを備える断層撮影装置を有する断層撮影システムのデータ信号に基づいて画像を生成する方法であって、
前記放射検出器を用いることにより、前記放射源により放射されて被検査対象を通過した後の放射に基づくデータ信号を測定し、
前記測定されたデータ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成し、
前記肺ゲーティング信号を用いることにより、前記測定されたデータ信号に基づいて画像を生成する、方法。 - 前記測定されたデータ信号はコーンビームデータであり、当該方法はさらに、
前記測定されたデータ信号に基づいて画像を生成する前に、前記コーンビームデータをウェッジジオメトリに再編する、請求項11に記載の方法。 - さらに、前記被検査対象の仮想的な平行投影を形成する、請求項11又は請求項12に記載の方法。
- 前記肺ゲーティング信号が、複数の仮想的な平行投影に基づいて生成される、請求項13に記載の方法。
- 前記肺ゲーティング信号が、前記被検査対象の運動状態を表す、請求項10から請求項14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記運動状態が、前記被検査対象の周期的な運動の極大又は極小である、請求項15に記載の方法。
- 放射源及び放射検出器を備える断層撮影システムのデータ信号に基づいて画像を生成するためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読媒体であって、
前記プログラムは、プロセッサで実行される場合に、
前記放射検出器を用いることにより、前記放射源により放射されて被検査対象を通過した後の放射に基づくデータ信号を測定し、
前記測定されたデータ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成し、
前記肺ゲーティング信号を用いることにより、前記測定されたデータ信号に基づいて画像を生成する方法を制御する、コンピュータ可読媒体。 - 放射源及び放射検出器を備える断層撮影システムのデータ信号に基づいて画像を生成するためのプログラムであって、プロセッサで実行される場合に、
前記放射検出器を用いることにより、前記放射源により放射されて被検査対象を通過した後の放射に基づくデータ信号を測定し、
前記測定されたデータ信号に基づいて肺ゲーティング信号を生成し、
前記肺ゲーティング信号を用いることにより、前記測定されたデータ信号に基づいて画像を生成する方法を制御するプログラム。
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