JP2009545409A - トモグラフィーにおけるドーズ低減および画像改良のための反復方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
本発明の機能を説明するために、本発明の疑似極性の実施形態をヘモシアニン分子の3次元画像実験再構築に適用した。ヘモシアニン分子は、直径約30nmで長さ35nmの2層かつ中空のバレル錯体からなる。標本を−69.4度から+69.4度まで傾けて計105回の投影を行うことによりデータセットを取得した。上記方法および従来のFBP法を用いて画像再構築を行った。イメージャからの投影像データにゼロをパディングし、フーリエ変換を行って疑似極性グリッド上に載せ、図3に実線の矢印で示すループで説明した反復プロセスを施した。オブジェクト空間でポジティブ制約を用いた。フーリエ空間ではデータを更新して実験データに適合させた。定量比較を行うために、2種類の再構築の11個の別々のヘモシアニン分子を選んだ。粒子を、数百のヘモシアニン分子の平均を取ったモデルと比較した。図4(a)は、再構築粒子とモデルとの相互相関値を示す。この相互相関値は、上記方法が相互相関値を約40%向上させることを示す。図4(b)から4(d)に示す等表面レンダリングはさらに、上記方法が図4(d)に示す従来の再構築に比べて優れていることを示した。
本発明の方法の適合性を示すために、HIV−1ウイルス様粒子(VLP)の画像を再構築した。対象粒子をEMグリッドに浸漬冷凍し、300kV FEG TEMでイメージングした。傾斜角度を−70度から+70度の範囲とし、角度インクリメントは1度ずつに固定した。本発明により生成される画像と比較するために従来の方法を用いてHIV−1 VLPの3次元構造を再構築した。図5Aから図5Dに、凍結EMデータからのHIV−1様粒子の画像再構築を示す。図6(A)および図6(B)は、15のスライスを平均しノイズを除去していないXY面およびYZ面の断面画像を示す。インサート画像は従来の方法で再構築した金基準マーカのいくつかを示す。
Claims (55)
- 投影像からオブジェクトの画像表現を再構築する方法であって、
投影像データを得る工程と、
フーリエ変換された投影像データをフーリエ空間にマッピングする工程と、
前記フーリエ空間からオブジェクト空間に前記投影像データを繰り返し変える工程と、
前記フーリエ空間および前記オブジェクト空間内で前記投影像データを修正して漸次修正される投影像データを生成する工程と、
前記修正された投影像データから画像を生成する工程と、
を含む方法。 - 前記フーリエ変換前に前記投影像データを処理して、検出効率、減衰、散乱のばらつきを矯正する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 投影像を前記フーリエ空間にマッピングした後に、欠損または不完全投影像データを解明する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記投影像データにゼロをパディングする工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記フーリエ空間と前記オブジェクト空間との間の前記投影像データの変換が逆フーリエ変換によって行われる、請求項2に記載の方法。
- 前記逆フーリエ変換が逆疑似極性高速フーリエ変換である、請求項5に記載の方法。
- 前記フーリエ空間データの前記修正が、実験により公知である投影像データに対応する位置の前記フーリエ空間データを、実際に変換された実験投影像に置換する工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記フーリエ空間の前記初期化修正が、逆変換の前に前記フーリエ空間内の指定された位置に値を割り当てる工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記オブジェクト空間画像を修正して修正済みオブジェクト空間画像を生成する前記工程が、指定された画素セットの値を修正して、修正値が予め定められた値のセットに近づくようにする工程を含む、請求項1に記載の方法。
- オブジェクトの画像を投影像から再構築する方法であって、
投影像データを得る工程と、
複数の角度およびスライス位置で前記投影像のフーリエ変換を生成する工程と、
フーリエ空間内のグリッド上に前記変換された投影像を載せる工程と、
前記フーリエ空間の初期化修正を行う工程と、
前記フーリエ空間データの逆変換を行ってオブジェクト空間画像を提供する工程と、
前記オブジェクト空間画像を修正して、修正済みオブジェクト空間画像を生成する工程と、
前記修正されたオブジェクト空間画像に順フーリエ変換を行ってフーリエ空間データを生成する工程と、
前記フーリエ空間データを修正して、修正済みフーリエ空間データを生成する工程と、
終了条件が満たされるまで、前記逆フーリエ変換工程、前記修正工程、前記順フーリエ変換工程および前記修正工程を前記修正されたフーリエ空間データに適用して最終画像を提供する工程と、
を含む方法。 - 前記フーリエ変換生成の前に、前記得られた投影像データを再構成して平行ビームフォーマットにする工程をさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記投影像データの前記再構成が、投影像を数学的に変換してシステムの形態から平行ビームの形態にする工程を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記投影像データの前記再構成が、リビニングアルゴリズムを適用してシステム投影像データを平行ビームフォーマットに変換する工程を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記投影像データの前記再構成が、
前記得られた投影像データを扇/円錐ビーム用の標準アルゴリズムで再構築する工程と、
全投影像スライスに2次元フーリエ変換を行う工程と、
フーリエスライス理論に従って前記2次元変換から1次元フーリエ変換された投影像を抽出する工程と、
前記1次元変換投影像に逆1次元フーリエ変換を行って平行ビーム投影像データを提供する工程と、
を含む請求項11に記載の方法。 - 複数の角度およびスライスで前記投影像に対して行う前記フーリエ変換が、非整数次フーリエ変換である、請求項10に記載の方法。
- 前記非整数次フーリエ変換が、前記フーリエ空間グリッドの点および線に合致するように設定される、請求項15に記載の方法。
- 前記フーリエ空間グリッドが疑似極性グリッドである、請求項16に記載の方法。
- 複数の角度およびスライス位置で前記投影像のフーリエ変換を生成する前記工程が、不等間隔フーリエ変換である、請求項10に記載の方法。
- 複数の角度およびスライス位置で前記投影像のフーリエ変換を生成する前記工程が、等間隔フーリエ変換である、請求項10に記載の方法。
- 前記投影像にゼロをパディングする工程をさらに含む、請求項10に記載の方法。
- フーリエ空間内のグリッド上に前記変換された投影像を載せる前記工程が、変換された投影像の位置および値を前記フーリエ空間グリッドに対して補間することにより行われる、請求項10に記載の方法。
- フーリエ空間内のグリッド上に前記変換された投影像を載せる前記工程が、グリッド法によって行われる、請求項10に記載の方法。
- 1セットのスライスからの投影像をすべての他のスライスとは別に再構築する工程をさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記フーリエ空間の前記初期化修正が、逆変換の前に前記フーリエ空間内の指定された位置に値を割り当てる工程を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記フーリエ空間内の前記指定された位置が、非実験領域の完全なセットまたはセットの一部に対応する、請求項24に記載の方法。
- 前記フーリエ空間内の前記指定された位置が、解像度サークルを超える点に対応する、請求項25に記載の方法。
- 前記値が、前記投影像データの前の再構築の変換から決定される、請求項25に記載の方法。
- 前記フーリエ空間の前記初期化修正が、前記フーリエ空間グリッドを拡張して前記フーリエ空間データにゼロをパディングする工程を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記フーリエ空間が疑似極性グリッド上にあり、前記逆フーリエ変換が逆疑似極性高速フーリエ変換アルゴリズムである、請求項10に記載の方法。
- 前記フーリエ空間が疑似極性グリッド上にあり、前記フーリエ変換が疑似極性高速フーリエ変換アルゴリズムである、請求項10に記載の方法。
- 前記フーリエ空間がデカルトグリッド上にあり、前記逆フーリエ変換が等間隔逆高速フーリエ変換アルゴリズムである、請求項10に記載の方法。
- 前記フーリエ空間が疑似極性グリッド上にあり、前記フーリエ変換が不等間隔逆高速フーリエ変換アルゴリズムである、請求項10に記載の方法。
- 前記フーリエ空間データの前記修正が、実験により公知である投影像データに対応する位置の前記フーリエ空間データを、実際に変換された実験投影像に置換する工程を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記フーリエ空間データの前記修正が、実験により公知である投影像に対応する位置のセットの一部のみにおいて前記フーリエ空間データを置換する工程を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記フーリエ空間データの前記置換が、ある定義された基準によると所与の位置でのフーリエデータが該位置で実際に変換された実験投影像の値とは実質的に異なる実験位置でのみ行われる、請求項34に記載の方法。
- 実験領域に対応する前記フーリエ空間データの位置および値を記憶する工程と、
定義された非実験領域に対応する前記フーリエ空間データの位置および値を記憶する工程と、
をさらに含む、請求項10に記載の方法。 - 前記オブジェクト空間画像を修正して、修正済みオブジェクト空間画像を生成する前記工程が、予め定められた基準に応じて修正用画素セットを指定する工程を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記オブジェクト空間画像を修正して、修正済みオブジェクト空間画像を生成する前記工程が、指定された画素セットの値を修正して、修正値が予め定められた値のセットに近づくようにする工程を含む、請求項10に記載の方法。
- 画素修正を指定する前記定められた基準が、現行の反復の画素値が予想値または物理値のセットから所定のパーセンテージを超える量だけ異なる場合のみ、画素を指定する工程を含む、請求項38に記載の方法。
- 前記オブジェクト空間画像を修正して、修正済みオブジェクト空間画像を生成する前記工程が、
予め定められた基準セットに従って非物理的値または非予想値を有する画素を見つける工程と、
非物理的値を有する画素値を修正して、修正値が物理値または予想値のセットに近づくようにする工程と、
を含む、請求項10に記載の方法。 - 前記修正が、前記画素値を修正する工程を含み、前記工程が、前記値に定数を乗じ、潜在的に異なる定数を乗じた前の反復からの対応画素値をこれから減じ、すべての他の定数とは潜在的に異なる定数を乗じた物理的値または予想値のセットをこれに加算することにより行われる、請求項40に記載の方法。
- 前記終了条件が、逆フーリエ変換工程、修正工程、順フーリエ変換工程および修正工程を所定数反復することを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記終了条件が、
画質パラメーターを監視する工程と、
前記画質パラメーターの所望の値が生じたときに終了する工程と、
を含む、請求項10に記載の方法。 - 前記終了条件が、
エラー関数を監視する工程と、
監視されたエラーが生じたときに終了する工程と、
を含む、請求項10に記載の方法。 - 前記終了条件が、
エラー関数を監視する工程と、
設定された反復回数内にエラーが改善されないときに終了する工程と、
を含む、請求項10に記載の方法。 - 最終的な再構築画像が、サイクルの最後の反復でない反復から引き出されたデータに基づく、請求項10に記載の方法。
- 最終的な再構築画像が、最良の指定画質パラメーターでの反復に基づく、請求項10に記載の方法。
- 前記エラー関数が、実験領域に対応する位置での現行の反復のフーリエ空間データと、同じ位置で実際に変換された実験投影像データとを比較することに基づく、請求項45に記載の方法。
- 同等に傾斜した投影像データをイメージャから得る工程と、
前記投影像データに適切な量のゼロをパディングする工程と、
複数の角度およびスライス位置で前記投影像の1次元非整数次高速フーリエ変換を生成する工程と、
前記変換された投影像をフーリエ空間内の疑似極性グリッド上に載せる工程と、
前記フーリエ変換された投影像の位置および値を記憶する工程と、
フーリエ空間内で各2次元スライスに対し逆2次元疑似極性高速フーリエ変換を行ってオブジェクト空間データを提供する工程と
前記オブジェクト空間データを修正して、修正済みオブジェクト空間データを生成する工程と、
前記オブジェクト空間データの各2次元スライスに対し順2次元疑似極性高速フーリエ変換を行ってフーリエ空間データを生成する工程と、
前記フーリエ空間データを修正して、修正済みフーリエ空間データを生成する工程と、
終了条件が満たされるまで、前記修正されたフーリエ空間データに対して前記逆フーリエ変換工程、前記修正工程、前記順フーリエ変換工程および前記修正工程を反復して適用して、最終画像を提供する工程と、
を含む、トモグラフィーイメージング方法。 - 前記投影像データが再構成されたときに、実験誤差の範囲内で、フーリエ空間内の前記グリッドのグリッド点によって形成された等中心線に沿って該投影像データが配置されるように、イメージング対象、検出器、および/またはトモグラフィーイメージングシステムのソースを回転させるかまたは配置する工程をさらに含む、請求項49に記載の方法。
- 前記フーリエ空間内の前記グリッドは、2次元疑似極性グリッドのセットである、請求項50に記載の方法。
- 前記フーリエ空間内の前記グリッドは、3次元疑似極性グリッドまたは積み重なった3次元疑似極性グリッドのセットである、請求項50に記載の方法。
- 前記フーリエ空間内の前記グリッドは、極性グリッドである、請求項50に記載の方法。
- 前記フーリエ空間内の前記グリッドは、3次元極性グリッドまたは積み重なった3次元極性グリッドのセットである、請求項50に記載の方法。
- コンピュータ読み取り可能なプログラムコード部を有し、連携する関連知見プロファイリングを提供するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含むコンピュータプログラム製品であって、
投影像データを得るように構成された第1のプログラムコードと、
フーリエ変換された投影像データをフーリエ空間にマッピングするように構成された第2のプログラムコードと、
前記フーリエ空間からオブジェクト空間に前記投影像データを繰り返し変えるように構成された第3のプログラムコードと、
前記フーリエ空間および前記オブジェクト空間内で前記投影像データを修正して漸次修正される投影像データを生成するように構成された第4のプログラムコードと、
前記修正された投影像データから画像を生成するように構成された第5のプログラムコードと、
を含むコンピュータプログラム品。
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