JP2016526948A - スキャンＦｏＶの外側において対象物を備えるＲＯＩの反復ＣＴ画像再構成 - Google Patents

Abstract

画像再構成装置及びそれに関連する方法。ボア(B)における所与の視野FoVを備えるＣＴスキャナIMAに対する視野外物質の量が設定される。 測定に基づいて、ハイブリッド画像再構成器RECONXが、異なる再構成アルゴリズムの間で切り替わるように構成される。

Description

本発明は、コンピュータ断層撮影画像再構成のための装置、画像再構成の方法、コンピュータプログラム要素、及びコンピュータ読取り可能な媒体に関する。

コンピュータ断層撮影（CT）は、いろいろな異なる再構成アルゴリズムに依拠する。 しかしながら、特定の画像再構成アルゴリズムは、時々、画像アーチファクトによって乱される、劣悪な画像結果を生成することが認められている。

それ故に、代わりのコンピュータ断層撮影画像再構成装置及び関連する方法に対する必要性が存在し得る。

本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、更なる実施形態は従属請求項に組み込まれる。本発明の以下に記載された態様は、本方法、コンピュータプログラム要素、及びコンピュータ読取り可能な媒体に等しく適用されることは留意されるべきである。

本発明の第一の態様によれば、対象物のコンピュータ断層撮影画像再構成のための装置であって、
-対象物が、FoVの内側における前記対象物の少なくとも一部に関して、イメージャのボア内に存在する一方、再構成視野FoVに関する、異なる投影角に沿ってイメージャ/スキャナによって収集される対象物の複数の投影画像を受信するための入力ポートと、
-少なくとも二つの異なる再構成アルゴリズムの何れか一つにより動作するように切り替え可能な再構成モジュールと、
- FoVの外側であるがボアの内側の領域によって形成される環状領域における物質の量を測定するように構成され、再構成モジュールに、第一の再構成アルゴリズムから第二の再構成アルゴリズムに切り替えるように命令し、視野外物質の決定された量が閾値を超える場合、前記第二の再構成アルゴリズムに従って再構成するように構成される視野外決定器と、
-再構成された画像を出力するように構成される出力ポートと
を有する装置がもたらされる。

好ましくは、第二の再構成アルゴリズムは、第一の再構成アルゴリズムより、視野外物質の存在に対する感度が低い。 言い換えると、第二の再構成アルゴリズムは、視野外物質の存在を与える第一の再構成アルゴリズムより高い忠実度で画像を生成する。 感度は、ファントム体上でイメージングテストを実行することによって容易に設定されることができる。 好ましくは、第一及び第二の再構成アルゴリズムよる再構成は、ROIのみの再構成を含み、又はROIのみの再構成になる。

提案されるように、第一又は第二の再構成アルゴリズムを使用するかの決定は、画像空間における画像情報に基づいている。 言い換えると、決定器は、「投影空間」よりもむしろ「画像空間」において動作する。一つの実施例において、（ブランケット、医療機器、患者が横になる寝台の部分等のような可能な他の対象物と共に患者のような）被験体又は対象物がボアにおいてもたらされる間、画像空間情報は、イメージャのボアのカメラによって（非電離放射線に基づいて）撮られる光学画像によって供給される。代わりの実施例において、検査画像は、完全なボアから再構成される。完全な視野又はイメージャの完全なボアの再構成は、好ましくは、計算的に安い（すなわち、比較的速い）アルゴリズムによってなされる。 一つの実施例において、検査画像のための再構成は、第一又は第二の再構成アルゴリズムが動作することを意図する分解能より低い分解能でなされる。一つの実施例によれば、検査画像の再構成は、フィルタ補正逆投影法（FBP）を介している。 一つの実施例によれば、第一又は第二の再構成アルゴリズムは、「混合型」であり、すなわち、異なるアルゴリズムの技術から特に反復を含む。 例えば一つの実施例において、第一又は第二の再構成アルゴリズムは、フィルタ補正逆投影ステップを含み、この場合、検査画像は、（もしあれば）視野外物質の量についての決定を得て、それから第一又は第二の再構成アルゴリズムを用いることによってそれに応じて再構成するため、第一又は第二のアルゴリズムの「部分的な実行」によって再構成され得る。

一つの実施例によれば、第一の再構成アルゴリズムによる再構成は、第二の再構成アルゴリズムによる再再構成のための分解能より低い分解能になる。 これは、ＣＰＵ時間をさらに節約することができる。

一つの実施例によれば、第一の再構成アルゴリズムは、第二の再構成アルゴリズムより高い信号対雑音比をもたらす。

一つの実施例によれば、第一又は第二の再構成アルゴリズムは、反復再構成アルゴリズムの一つ又はそれより多くの反復を含み、又は更に含む。

反復再構成アルゴリズムは、例えば、統計的反復再構成SIR、又は代数再構成技術ARTのような代数的再構成アルゴリズムになり得る。

一つの実施例によれば、視野外測定は、環において別々の位置にもたらされ、又は視野外測定は、環の全体に渡ってもたらされる。

好ましい実施例によれば、第一の再構成アルゴリズムによるROIのみの再構成は、FBPステップ並びに一つ若しくはそれより多くのSIR又はART反復を含む。 好ましい実施例によれば、第二の再構成アルゴリズムによるROIのみの再構成は、第一の再構成アルゴリズムに類似するが、関心領域のより正確な推定をもたらすため、及びより均質な関心領域投影をもたらすために、追加的な（一つ又はそれより多くの）ART又はSIR反復を含む。言い換えると、一つの実施例において、ROI再構成処理の間、ROIの外側は、FBPのみを用いることによって再構成されるか、又はFBP及びARTの単一の反復を用いることによって再構成されるかを決定することが提案される。 このアプローチを使って、関心領域再構成のための均質な画質は実現され得る。

一つの実施例によれば、切り替えるか否かの決定は、閾値に対して、ローカルな測定値の合計を評価することに基づいており、又は各々のローカルな測定値は、閾値と別々に比較され、1つの測定値は前記閾値を超えることが判明するとすぐに切り替えが起こる。
定義

画像「再構成」アルゴリズムは、基本的に投影空間から画像空間への変換である。 言い換えると、再構成アルゴリズムは、スキャナによって供給される、投影測定/線積分/サイノグラムを、スライス若しくは軸横断画像又は「画像空間」、すなわち、スキャナの視野（FoV）若しくはボアによって形成される（ボクセル又は、より一般的に、「小塊」のような3D画像要素から構成される）空間における対象物のボリューム画像に変換する。変換が投影空間から画像空間になされる場合、これは、逆投影とも称されるが、逆の動作は順（フォワード）投影である。

関心領域（ROI）再構成アルゴリズムは、再構成された画像が、スキャナのFoVのサブパート（関心領域）だけを表す再構成であり、すなわち、再構成された画像の画像要素はFoVの全体をカバーしない。

「直接反転」再構成アルゴリズムは、再構成された画像の個々の画像要素（ボクセル又はピクセル）の値の計算が反復を含まないアルゴリズムである。 直接反転再構成アルゴリズムのための例は、フィルタ補正逆投影法（FBP）アルゴリズムである。

「反復再構成アルゴリズム」は、個々の画像要素値の計算が反復ステップを含むアルゴリズムである。実際に測定されたセットの投影画像の方への、反復して合成された（人工的につくられた）投影画像の収束を確実にするため、高頻度で、反復は、一連の順投影及び逆投影動作において交互に進められる。通常、反復再構成アルゴリズムは、直接反転再構成アルゴリズムより計算的に高価であるが、より高い信号雑音比又はより高い画質の利点を持ち得る。

投影画像の画像収集のために使われる検出器のようなデバイス又は測定プロセスに関する統計情報を使わない場合、反復再構成アルゴリズムは、「代数的」と称される。

投影画像の画像収集のために使われるデバイス、特に、検出器又は測定プロセスについての（一般的な雑音のような）特徴を取り込み、又はモデル化するため、再構成された画像の計算に対して、統計情報又は一つ若しくは複数の統計モデルを使用する場合、反復再構成アルゴリズムは、統計的（SIR - 統計的反復再構成）と称される。

本発明の実施例は、この場合、以下の図面を参照して記述される。

ボアにおけるスキャン視野を備えるＣＴスキャナを含むイメージング構成を示す。 CTイメージングのための視野外物質の量を測定するための、異なる実施例を示す。 CTイメージングのための視野外物質の量を測定するための、他の異なる実施例を示す。 CTイメージングのための視野外物質の量を測定するための、他の異なる実施例を示す。 CTイメージングのための視野外物質の量を測定するための、他の異なる実施例を示す。 CTイメージングのための視野外物質の量を測定するための、他の異なる実施例を示す。 画像再構成の方法のためのフローチャートである。 臨床データに適用される、異なる再構成方法の結果を示す。

図1を参照すると、CTイメージング構成が示される。概して、前記イメージング構成は、X線に基づくＣＴスキャナIMA及び前記スキャナIMAの動作を制御するためのオペレーティングコンソールCON又はワークステーションを含む。

汎用計算システムは、オペレータコンソールCONとしての役割を果たしてもよく、キーボード及び／又はマウス等のような入力デバイス及びディスプレイのような出力デバイスを含む。コンソールCON上の常駐ソフトウェアにより、オペレータは、システムIMAの動作を制御することが可能になり、例えば、オペレータは、予め生成されているイメージングプロトコルを選ぶことを通じて、直接的又は間接的にイメージングパラメータを選択することが可能になる。制御情報を入力することを支援するため、スキャナの動作状態を表示するため、又はスキャナによって供給される画像若しくは供給された画像を画像処理することによって得られる画像を表示するため、コンソールCONに通信可能に結合される、モニタMのようなディスプレイユニットももたらされる。一つの実施例において、前記画像処理をもたらすコンソールCONに通信可能に結合される画像処理ユニットIPももたらされる。画像処理ユニットIPの動作は、以下更に詳細に説明されるであろう。

スキャナIMAは、静止ガントリによって回転可能に支持される、回転ガントリG及び静止ガントリを含む。回転ガントリは、縦方向又はｚ軸について、検査領域のまわりを回転する。検査領域は、回転ガントリGにおける開口部又はボアBとして形成される。

寝台のような被験体支持部BDは、検査領域における対象物又は被験体を支持し、スキャンの前に、その間、及び／又はその後に、x、y、及び／又はz軸に対して、被験体又は対象物を位置させるために用いられることができる。

Ｘ線管のような放射線ソースXRは、回転ガントリGによって支持され、検査領域のまわりを回転ガントリGと共に回転し、焦点スポットを介して、検査領域を横切る放射線を放出する。

一つの実施例において、放射線ソースXRと検査領域との間に配置され、概してファン、ウェッジ、コーン、又はその他の形状のX線ビームXBをもたらすために、放出された放射線をコリメートする、ソースコリメータももたらされる。

放射線ビームXBは、ボアBのアイソセンタISOのまわりに集中され、通常、ビームXBの中心線に対して垂直になり、アイソセンタISOを通じて延在する、横断再構成平面RPに対して再構成するために、（スキャナの）概して円形状の視野FoVを規定する。

放射線高感度検出器アレイDは、検査領域の間で、放射線ソースXRの反対側に位置される。検出器アレイDは、検査領域を横断する放射線を検出し、検出された放射線を示す電圧信号又は電流を生成する、セル又は検出器ピクセルの一つ又はそれより多くの列を含む。検出器ピクセルは、積分検出器又はフォトンカウンティング検出器を形成するために形成され得る。

回転可能なガントリの回転（従って少なくともＸ線ソースの焦点スポットの回転であり、-第4世代スキャナにおいて、それは、検出器の少なくとも一部が、何れの回転角に対しても放射線を受け得る、ガントリの内側の全てを整列させるように固定して構成される検出器アレイと共に、ガントリにおいて回転する管だけである）は、一つ若しくはそれより多くのコントローラ及び／又は一つ若しくはそれより多くのドライブシステム（例えば、モータ、連結器等）によってもたらされる。

イメージング実行の間、スキャナが使用されているとき、焦点スポットは、被験体又は対象物のスキャンの間、所与の角周波数で、ボアB及びそれゆえにその中の被験体又は対象物PATのまわりの経路（通常アーク又は完全な円形回転）上において、所定の角範囲を通じて回転する。各々の回転角ψに対して、検出器は、前記角における、被験体又は対象物の通過後、焦点スポットによって放出される放射線を検出する。

放射線は、被験体又は対象物の通過の間、減衰し、前記減衰は被験体又は対象物のローカル密度に比例する。（前記放射線ビームが形成される）個々の線によって衝突される（焦点スポットに対向する）各々のセルDCLは、簡単に上述された、対応する電気信号ｓを送出することによって応答する。前記信号の集まりはそれから、データ収集システムDASによって、前記減衰を表す各デジタル値に変換される。各々の（X-）線に対する、レジストレーションされたデジタル値の集まりはそれから、所与の収集時間及び投影角θに対して2D（二次元）X線投影画像を形成するデジタル値のアレイにまとめられる。それによって、検出器は、各々の回転角θに対して一つ又はそれより多くの、投影画像の集まりを記録する。

ここで提案される構成は、複数の再構成アルゴリズムに基づいて、収集された投影画像の集まりを画像処理するために、画像プロセッサIPを更に含む。更に具体的には、投影画像の集まりを再構成し、各々の軸位置zに対して断面画像（「スライス（画像）」）を生成するために動作する（より後の）再構成器RECONXがもたらされる。軸横断スライス画像の集まりはそれから、検査領域及びその中の被験体又は対象物の部分を示すボリュメトリック画像データに結合されることができる。

より正式には、再構成アルゴリズムは、「投影空間」から「画像空間」への変換である。 「投影空間」は、対象物のすべての投影表示の空間であり、特に、スキャナによって収集される投影画像を含むが、「画像空間」は、各々のピクセルがスキャナのs FoVにおける点に対応する、すべての軸横断スライス画像の空間である。

図1において理解され得るように、視野FoVの幅又は直径は、概して、画像収集において使われるコリメーションセッティング、及び／又は放射線ビームXBの幅、及び／又は検出器高感度表面の（検出器高感度表面を構成する、列/コラムの数によって規定される）幅の関数である。大部分のスキャナにおいて、視野FoVは、ボアより著しく小さな直径を持つ。 この相互のボア/FoV関係は、環状の視野外領域Aを規定する。例えば、普通のCTボア直径は、70cmの領域にあるが、スキャナのFoVは、直径で約50-60cmまで測定し、これにより、約10-20cmの半径幅を備える環状領域Aがもたらされる。更に図1からわかることは、ボアBにおける対象物PAT又は他の対象物が、必ずしも各々の回転角に対して視野FoVに適合する必要はないことにある。このような「過大な」対象物PAT断面の例が、図1において楕円として示される。 言い換えると、検出器は、ある視野φに対して部分的に関心領域のみを記録するため、投影画像の一つ又はそれより多くは、不完全であり、又は切断される。

ある再構成アルゴリズムは、このような不完全な投影画像が供給されるとき、それらの構成の正確さに関して非常に感度が高くなることが本出願人によって認識された。 特に、不完全な投影データに対する感度は、ROIに基づく再構成アルゴリズム、すなわち、スキャナのFoVの全体に対してよりもスキャナのFoVのあるサブ領域に対してのみ再構成するように意図される再構成アルゴリズムで最も一般的であることが認識された。それ故に、二つ又はそれより多くの異なる再構成アルゴリズムの間で条件付きで切り替え可能な、ハイブリッド又は多モードの再構成器RECONXとして再構成器を構成することがここで提案される。 より具体的には、切り替えるか否かの決定は、環状視野外領域Aにおいて存在する物質の量の関数である。例えば、CTのための統計的反復再構成（SIR）法において、これらのSIR法はフィルタ補正逆投影法（FBP）のような直接反転再構成方法と比較して遅いため、関心領域再構成は非常に重要である。同時に、SIRは、直接反転法と比較して等価な線量において、より高いコントラスト対雑音比イメージング結果をもたらし得る。

例えば、一つの実施例において使われる反復関心領域再構成のための方法（以下「方法A」と称される）は、一組の収集された投影画像に適用されるべき以下のステップを含む。
1.フィルタ補正逆投影法FBPによるスキャナの完全な視野の再構成。
2.反復再構成のために関心領域を（例えばマスキングによって）カットアウトする。カットアウトの残り又は境界は、十分に滑らかな境界を、カットアウトによって残された境界にフィッティングすることによって平滑化され得る。
3.ROIのない対象物の「合成」投影視野を生成するために残りの画像を順投影する。
4. ROIのない順投影された対象物を、原投影から減じ、それ故に一組のROIのみの投影を生成する。
5. 最初に収集された投影画像データから雑音見積りを随意的に使用することによってROI投影を再構成するために、SIR又は類似の高忠実度再構成を使用する。

類似の再構成は、医療物理学35(4)、2008、pp.1317-1327に開示の「透過断層撮影のための関心領域の反復再構成」においてA.ツィーグラー、T.ニールセン、及びM.グラスによって提案された。

上記で概説のステップ1-5による方法は、対象物が完全にFOVの内側にあるときのみ、満足な結果をもたらすことが分かっている。しかしながら、実際的な現実の問題として、スキャン視野の外側にある、すなわち、環状領域Aにおいて存在する対象物の部分がほとんど常に存在する。視野外物質のための理由は、例えば、患者のような、イメージングされるべき対象物が、アイソセンタ及びそれを通じるイメージング軸zに対して非対称に偶然位置されることにあり、又は患者が、より高いBMI（肥満指数）を偶然もち得ることにある。 しかしながら、ケーブル若しくは毛布、いくつかの医療機器、又は寝台Bの少なくとも部分のような、（イメージングされるべき対象物に必ずしも身体的に接続されるというわけではなく、すなわち、必ずしもイメージングされるべき対象物の部分というわけではない）他のパーツが、画像収集の間、環状領域Aにおいて存在する場合がある。これらの場合、FOVの外側における物質の存在は、視野及び特にROI再構成において画質又は忠実度を損なわせる。他方、直接反転再構成法に基づくFBP再構成のような、計算的に効率的である再構成アルゴリズムは、不都合なことに、不完全な投影データを使うとき、FoVの外側における対象物の部分の十分に正確な推定をもたらさない。したがって、視野外常駐物が存在する場合、方法B再構成への条件付き切り替えがここで提案される。方法B再構成は、方法Aのステップ1を修正することを含む。すなわち、ここで提案される、方法Bの修正されたステップ1は、ART（代数的再構成技術）の単一（又はより多くの）反復によって後続されるFBPによるスキャナFoV又は完全なボアの再構成を含む。方法BのROI再構成は、ボアの内側ではないがFOVの外側において物質常駐物が存在する場合、すなわち環状領域Aにおいて物質が存在する場合、FOVの外側における対象物のより十分な推定をもたらすことが分かっている。しかしながら、（方法Aのステップ1と比較されるように）修正されたステップ1は、方法Aのステップ1より計算的に高価である。

従って、処理速度及び画質をできるだけ高く保つために、各々の画像データセットに対して、再構成アプローチA又はBの何れがステップ1のために使用されるべきかを決定することは、関心が高い。言い換えると、ここで提案される画像処理装置IPは、一方で、計算的複雑さと必要とされるＣＰＵ時間との間のトレードオフをよりうまく処理することを助け、他方で、正確さと高い信号対雑音比との間のトレードオフをよりうまく処理することを助ける。

ここで提案される画像処理モジュールIPは、入力ポートIN及び出力ポートOUT、簡単に上述された多モード再構成器RECONX、並びに二つ又はそれより多くの再構成アルゴリズムの何れの一つが、スライスに再構成されるべき投影画像のインスタントのセットのために、多モード再構成器RECONXによって使用されるべきかの決定を出すように構成される視野外決定器OFDを含む。決定器OFDは、環状領域Aに存在する物質の量を確定し、又は測定するように構成される一方、投影画像のインスタントのセットは収集されている。その量がユーザ設定可能な（又は固定される、プリセットされる）物質閾値を超えない場合、第一の再構成アルゴリズムは実行される。しかしながら、環状領域における物質が、プリセットされた閾値を超えることが分かる場合、第二の（例えばB）より適切な再構成アルゴリズムが、代わりに実行される。 言い換えると、第一のアルゴリズムは、環状領域における物質に対して（おそらく画質及び信号対雑音比を犠牲にして）より許容可能なアルゴリズムであり、他の第二のアルゴリズムは、高い信号対雑音比で、より正確な結果をもたらすが、不完全な投影データに対して、より感度が高い。

要するに、動作において、投影画像の現在のセットがスキャナによって収集された後、投影画像は、画像プロセッサIPに転送されて、入力ポートINで受信される。視野外決定器OFDはそれから、更に詳細に下で後述する態様で、環状領域における物質の量を決定する。 前記量が、閾値内にあるか、又はないかに依存して、第一又は第二のレジストレーションアルゴリズムは、インスタントの投影画像セットのために使われる。画像処理モジュールはそれから、その入力ポートで受信されるべき投影画像の新たなセットに対して待機し、先行するステップはそれから、投影画像の新たなセットに対して繰り返される。

視野外決定器OFDは、視野外物質の量を測定するために、画像空間において動作することがここで提案される。このため、一つの実施例によれば、計算的に安いFBP再構成は、現在の投影画像から、ボアにおけるできるだけ多くの画像空間をカバーするために、検査スライス画像を得る検査段階において完全なFoVを再構成するように、（上記のROI再構成法のステップ1と同様に）実行される。言い換えると、決定器OFDは、投影画像自体に関して動作しないが、代わりに検査再構成画像に関して動作する。

決定器OFDは、環状領域Aを表す、再構成された検査において、非ゼロ外縁部分に対して検査する。この文脈における「外」はアイソセンタISOから離れる半径方向を指す。 さらに言い換えれば、決定器OFDは、再構成された検査画像における、対応する外縁部分が、非ゼロになるか、又は閾値より大きくなるかをチェックする。前記非ゼロ画像情報のためのこのチェックの背景となる根拠は、環状領域Aにおいて存在する物質がない場合、検査画像はその境界又は縁部分に向かって「消失」しないため、環状領域Aにおいて物質が確かにある状況がもたらされる場合、この状況は非ゼロ縁部分によって明らかにされるであろうということにある。

スキャナのFoVのディメンションは知られているため、環状領域は、高い精度でこの検査画像において特定されることができる。

この最初の、検査的な、再構成において、環状領域における物質の量を確定するため、多くの異なるサンプル測定がなされる。これを行うために、この場合、図2〜6を参照して更に詳細に説明される、多くの異なる「測定プロトコル」がここで想定される。

図2を参照すると、物質の量が、立方部分の形態又は他の何れかの適切な幾何学的形態で、環状領域において不均一に分布（例えばランダムに分布）される測定点で測定される、視野外測定サンプリングは示される。一つの実施例において、測定点MP1-4は、ユーザ規定される。 例えばこの実施例において、検査FoV再構成は、モニタM上における表示のためにレンダリングされ、ユーザは、測定されることが所望される部分を選択するために、マウス又は同様なもののような、適切なポインタツールによってクリックする。環状領域Aにおける各々のピクセル又はボクセルによって運ばれるグレイ値（又はその他）はそれから確定される。環Aにおける測定点MPでのグレイ値が、あるピクセル又はボクセル閾値を超えることがわかる場合、これらのピクセル又はボクセルは、そのピクセル又はボクセルに存在する物質を示すように印をつけられる。印をつけられたピクセル又はボクセルの各々の値はそれから、限界累積値を形成するために合計される。この累積値はそれから、ユーザ調整可能な限界閾値と比較される。 限界閾値が越えられる場合、方法Bのステップ1におけるART反復の存在のために、方法Bによって受けるより高い計算的犠牲を許容し得る視野外物質は十分にあることが分かっているため、方法Bによる投影画像の現在のセットを再再構成するように、決定が再構成器RECONXに出される。しかしながら、合計された、印をつけられたピクセル又はボクセルの値は、限界閾値より低いことが分かる場合、物質が環状領域Aにないか、又は存在する物質の量が、方法Bによる、より高い計算的犠牲を許容しないかの何れかのため、再構成器RECONXは、計算的により安い方法Aを用いることによって再構成するように命令される。しかしながら、上述したように、個々の測定点の個々の非ゼロ応答の合計を計算することより、切り替えるか否かの決定が、各々の測定は別個に応答することを評価することに更に基づいてもよく、1つの測定応答は閾値を超えることが分かるとすぐに切り替えることに基づいてもよい。

この場合、図2に類似する図3を参照すると、図3実施例において、測定点MP1-4は、この場合、ユーザ定義可能な角インタバルで、環状領域Aに渡って均一に分布される。例えば、図3の実施例によれば、物質の量測定は、90°の角測定インタバルに対応する12、3、6、及び9時に実行される。 しかしながら、他の、より粗いか、又はより細かい、角インタバルも、ここで想定される。 また、測定点MP1-4は、図2の場合のように、立方及び／又は立方形の領域よりもむしろ円形によって規定されてもよい。

3及び9時の測定点は、環状領域Aにおける物質のために非ゼロ応答を返すが、12及び6時の測定点は、ゼロで応答することが図2,3において見られることができる。

図4は、前記測定点が、この場合、規則的に間隔をあけられた角インタバルで、環状領域の間の「小片」として放射状に延在する、測定点MP1-4のための更なる実施例を示す。しかしながら、（ユーザ選択された、又はランダムな）不規則なインタバルの構成も想定される。 また、測定小片MP1-4の長さ又は幅は、一つの実施例において、ユーザインタフェース、例えばグラフィカルユーザインタフェースを介して、又はキーボード入力若しくはその他により、対応するユーザ入力を供給することによって、ユーザによってユーザ調節され得る。

図5は、個々の測定点が、ユーザ調節可能な半径幅を備える、視野のまわりの閉ループ測定エリアMAにおいて、効果的に「合体されている」、測定点MP1-4のための更なる実施例を示す。

図6は、「ループ」幅が、この場合、基本的に環状領域Aの全体をカバーするために、接続された測定エリアMAに拡大されている、図5の極端な例を示す。すなわち、図6によれば、測定されるのは、環状領域Aの全体である。 言い換えると、図6は、図2乃至5による、前の、ローカルに制限された、サンプリングプロトコルと比較して、計算的に最も高い測定サンプリングを示す。

一つの実施例によれば、画像処理モジュールIPは、光学カメラOCを更に含む。 この実施例において、検査画像は、スキャナボアにおける対象物又は被験体から非電離放射線で収集される。 それから、環状領域Aに延在する過度の物質があるかを確定するために用いられるのはこの光学画像である。この光学画像に基づく変形は、環状領域における物質を計算するために既知のボア及び視野ディメンションを使う。ボア-カメラ距離、及びカメラの関連した光学パラメータセッティングは知られているため、アイソセンタISO位置、ボアB及び／又はFoVのディメンションは、環状領域における物質を計算するために、画像に対してスケーリングされることができる。評価はそれから、FBP再構成におけるグレイ値に関して前に説明されるように、光学画像において画像ピクセルを比較することに基づく。一つの実施例によれば、光学カメラは、深度検出カメラである。 しかしながら、例えば赤外線又は類似の非電離放射線に基づく他のカメラは、ここで同様に想定される。 一つの実施例において、光学カメラは、スキャナのガントリGに配置されるか、又はイメージャのボアBの外側の縦方向の軸zに沿って配置されるので、光学画像が、図2乃至6に示される側面図と同様のビューをもたらすように、光学画像は、対象物/患者PATがボアにいる間、ｚ軸に沿って必要とされる。

一つの実施例において、検査画像に対する、完全なボア/FoV再構成のための分解能は、更なる計算時間に対する、ROI再構成の分解能のフラクションに制限されてもよい。したがって、光学カメラを用いる実施例の場合、カメラの分解能は、後続する再構成のための分解能に比べて、検査ボア画像のためのより低いセッティングに設定され得る。画像処理モデルは、ユーザが、複数の再構成アルゴリズムの何れか一つのために使用されるべき分解能を調整できるユーザインタフェースを含むことはここで想定される。

提案された方法A及びBは、典型的な実施例であり、他の直接反転、反復、又は統計的再構成アルゴリズムが、マルチモード再構成器を備える、提案された画像処理モジュールのフレームワークの範囲内で、A及びBの代わりに使用され得ることはここで理解されるべきである。

また、ここで提案される方法A及びBの場合のように、方法のためのそれぞれの再構成アルゴリズムは、混合型であり、すなわち、それらは、組合せで、直接の反転再構成、代数的再構成、及び／又は統計的再構成の要素を含んでもよい。ここで重要なことは、1つの再構成アルゴリズムが、他より視野外物質の存在に対して感度が低いことにある。視野外物質の感度は、何れかの二つの所与のアルゴリズムに対して、視野外物質の規定された量を備えるファントムの投影画像に各々を適用することによって、容易に確定され得る。再構成はそれから、二つの何れの一つがより正確な結果をもたらすかを確定するために、例えばそれぞれの異なる画像を撮ることによって、原ファントムと比較されることができる。一つの実施例による特定の再構成方法A,Bにおいて、検査FBP再構成はROI再構成法Aの一部であり、それ故に、最終的に方法Aで進めることが決定器OFDによって決定される場合、再実行される必要はない。しかしながら、決定器OFDが、方法Bのために決定する場合、FBP再構成された検査画像に基づいて一つ又はそれより多くのART反復がもたらされるであろう。ARTは通常、最初の入力として「無効画像」に作用する。 しかしながら、この場合、方法Bのステップ1において、代わりにARTは、その最初の入力画像として、FBP再構成された検査画像を使用する。ARTにおいて、FBP再構成された検査画像は、1つの方向に沿って順投影され、ピクセルに関する差がそれから、実際に測定される投影の対応する一つのために計算される。この差画像情報はそれから、最初のFBP画像を更新するために、画像空間に「塗り」戻される。このプロシージャはそれから、各々の投影方向に対して繰り返される。 一つの実施例において、ARTと類似する、ARTのSART変形が使われるが、SARTにおいて、順投影ステップは、ARTのように、別々及び順番に各々の方向に対してより、複数の方向に対して、同時に実行される。

画像処理モジュールIPの構成要素は、ソフトウェアルーチンとしてその上で走っているワークステーションCONに常駐し得る。

構成要素は、専用FPGAsとして、又は物理的に組み込まれたスタンドアロンチップとして構成されてもよい。

構成要素は、Matlab(r)又はSimulink(r)のような適切な科学計算プラットフォームにおいてプログラミングされてもよく、それから、ライブラリにおいて保管され、ワークステーションWSによって呼び出されるときにリンクされるC++又はCルーチンに変換されてもよい。

代わりに、IPモジュールは、いろいろなワークステーションを中央で取り扱うために、サーバー上で中央に構成されてもよい。 また、いろいろな構成要素RECONX、OFDは、IPモジュールが、分散されたアーキテクチャにおいて効果的に構成され、適切なコミュニケーションネットワークにおいて接続されるところに同様に外部委託されてもよい。

図7を参照すると、フローチャートは、ここで提案されるような画像処理方法の基本的なステップのために示される。

ステップS705において、CT画像スキャナによって収集される一組の投影画像が受信される。 画像スキャナは、ボアの内側に視野をもち、画像収集の間、イメージングされるべき患者又は対象物は、視野の内側における対象物又は患者の少なくとも部分に関してボアにおいてもたらされることが仮定される。

ステップS710において、ボア及びイメージャのスキャンFoVの間に形成される環状領域における物質の量が測定される。 前記環状領域における物質、すなわち、「視野外」物質は、対象物又は患者自体からもたらされてもよく、投影画像が収集される間、ボアにおいて同様にもたらされる別個の対象物によって形成されてもよい。 一つの実施例において、測定は、スキャナの完全な視野の検査再構成画像に関して実行される。 異なる実施例において、測定は、非電離放射線に基づいてカメラによって撮られる、（その中のイメージングされるべき対象物PATを備える）ボアの光学画像に基づいて代わりに行われる。

ステップS715において、ステップS710において、環状領域における物質が所定の閾値を超えることが確定される場合、切り替えは第一の再構成アルゴリズムから第二の再構成アルゴリズムへ起こる。第二の再構成アルゴリズムは、環状領域における物質の存在に対して、第一の再構成より感度が低い。環状領域における物質の量は閾値を超えないことが分かる場合、切り替えは起こらない。

ステップS720において、画像は、第二の再構成アルゴリズムに従って再構成され、又は画像は、ステップS715による結果に依存して第一のレジストレーションアルゴリズムに従って再構成される。

ステップS725において、再構成された画像は、出力され、例えばモニタのようなディスプレイユニット上における表示のためにレンダリングされ、又はさもなければ、画像は画像処理される。

ステップS730において、投影画像の新たなセットは受信されるかに対して待機される。 投影画像の新たなセットが受信された場合、前のステップS710-S725が、投影画像の新たに受信されたセットに対して繰り返される。

臨床データのための方法A及びBの画像処理結果は、図8に示される。

上の画像は、FOVの外側に延在する患者の部分を備える撮影データセット及び軸横断心臓ステップを示す。「ステップ及び撮影」は、Ｘ線管及びガントリが患者のまわりを回転する間、寝台BDが静止したままになる、イメージングプロトコルである。データ収集が、1つの位置に対して完了するとき、テーブルは、後続するスキャンのための次の位置にインデックスされる。

（左から右）中央の列は、左のパネルにおいて、関心領域に切り取られる、完全なボアの反復再構成を示す。中央パネルは、方法Aに対応する完全なボアのためにFBPを使う、関心領域再構成を示す。右のパネルは、約20HUの平均差を備える、残留するアーチファクトを明示する、（ピクセルに関する）差画像を示す。差は、画像の内側の長方形として輪郭化される各測定ウインドウの内側のピクセルに対してとられる。

（左から右）下の列： 左のパネルにおいて、関心領域に切り取られる、完全なボアの反復再構成が示され、; 中央のパネルは、方法Bに対応する完全なボアのための単一の反復ART及びFBPを使用する関心領域再構成を示す。ここでも、右のパネルはピクセルに関する差画像である。 この場合、平均差は約1HUである。すなわち、方法Bは、ボアにもたらされる視野外物質が存在する状況に対して、（より高い計算コストだが）方法Aより約20倍高い忠実度で、画像データをもたらす。視野外物質の量を測定することにより、二つの方法の間の切り替えを使うことが可能になる。 言い換えると、十分な量の視野外物質が検出された場合、計算的により高い方法Bは、より効率的に使われることができる。視野外物質が検出されない（又は十分に検出されない）場合、この場合まだ良い結果をもたらす、計算的により安い方法に落とされ得る。視野外物質が過剰であると判断されるか否かは、直近の状況に依存し、閾値を修正することによって調節されることができる。

本発明のもう一つの例示的な実施形態では、上記の実施形態のいずれかに基づく方法の方法ステップを、適切なシステム上で実行するよう適応されていることを特徴とするコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。

したがって、コンピュータプログラム要素は、コンピュータユニット上に記憶されてもよい。該コンピュータユニットも本発明の実施形態の一部であってもよい。このコンピューティングユニットは、上記の方法のステップを実行する又はその実行を誘起するよう適応されていてもよい。さらに、上記の装置のコンポーネントを動作させるよう適応されていてもよい。コンピューティングユニットは、自動的に動作するよう、及び／又はユーザの命令を実行するよう適応されることができる。コンピュータプログラムがデータプロセッサの作業メモリにロードされてもよい。該データプロセッサはこうして、本発明の方法を実行するよう装備されてもよい。

本発明のこの例示的な実施形態は、最初から本発明を使うコンピュータプログラム及び更新により既存のプログラムを本発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムの両方をカバーする。

さらに、コンピュータプログラム要素は、上記の方法の例示的な実施形態のプロシージャを満たすためのすべての必要なステップを提供できてもよい。

本発明のあるさらなる例示的実施形態によれば、CD-ROMのようなコンピュータ可読媒体が提示される。ここで、コンピュータ可読媒体上にはコンピュータプログラム要素が記憶されており、該コンピュータプログラム要素は先の節で記述されている。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体のような好適な媒体上で記憶及び／又は頒布されてもよいが、インターネット又は他の有線もしくは無線の遠隔通信システムを介してなど他の形で頒布されてもよい。

しかしながら、コンピュータプログラムは、ワールド・ワイド・ウェブのようなネットワーク上で呈示されてもよく、そのようなネットワークからデータプロセッサの作業メモリ中にダウンロードされることができる。本発明のあるさらなる例示的実施形態によれば、コンピュータプログラム要素をダウンロードのために利用可能にするための媒体が提供され、該コンピュータプログラム要素は本発明の前記の実施形態の一つに基づく方法を実行するよう構成される。

本発明の実施形態が種々の主題を参照して述べられていることを注意しておく必要がある。特に、いくつかの実施形態は方法型の請求項を参照して記述され、一方、他の実施形態は装置型の請求項を参照して記述される。しかしながら、当業者は、上記及び以下の記述から、特に断わりのない限り、一つの型の主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、異なる主題に関係する特徴間の任意の組み合わせも本願で開示されていると考えられることがわかるであろう。しかしながら、特徴の単なる寄せ集め以上の相乗効果を提供するあらゆる特徴が組み合わせられることができる。

本発明は図面及び以上の記述において詳細に図示され、記述されているが、そのような図示及び記述は、制約するものではなく、例解又は例示するものと考えられる。本発明は開示される実施形態に限定されない。図面、本開示及び付属の請求項の吟味から、開示される実施形態への他の変形が、特許請求される発明を実施する際に当業者によって理解され、実施されることができる。

請求項において、「有する／含む」の語は他の要素やステップを排除するものではなく、単数形の表現は複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載されているいくつかの項目の機能を充足してもよい。ある種の施策が互いに異なる従属請求項において記載されているというだけの事実が、それらの施策の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。請求項に参照符号があったとしても、範囲を限定するものと解釈すべきではない。

Claims (14)

1. 対象物のコンピュータ断層撮影画像再構成のための装置であって、
   -対象物が、視野FoVの内側における前記対象物の少なくとも一部に関して、イメージャのボア内にもたらされ、前記視野FoVに関する、異なる投影角に沿って前記イメージャによって収集される前記対象物の複数の投影画像を受信するための入力ポートと、
   -少なくとも二つの異なる再構成アルゴリズムの何れか一つにより動作するように切り替え可能な再構成モジュールと、
   -視野外決定器と、
   -再構成された画像を出力するように構成される出力ポートと
   を有する装置において、
   - 前記視野外決定器は、前記FoVの外側であるが前記ボアの内側の領域によって形成される環状領域における物質の量を測定するように構成され、前記再構成モジュールに、第一の再構成アルゴリズムから第二の再構成アルゴリズムに切り替えるように命令し、前記視野外物質の決定された量が閾値を超える場合、前記第二の再構成アルゴリズムに従って再構成するように構成されることを特徴とする、装置。
2. 前記第一の再構成アルゴリズムは、前記イメージャの完全な前記ボア又は完全な前記視野の再構成を含む、請求項1に記載の画像再構成のための装置。
3. 前記第一又は第二の再構成アルゴリズムによる再構成は、関心領域ROIのみの再構成を含み、又は関心領域ROIのみの再構成になる、請求項1に記載の画像再構成のための装置。
4. 前記第一の再構成アルゴリズムによる再構成は、前記第二の再構成アルゴリズムによる再再構成のための分解能より低い分解能になる、請求項1乃至３の何れか一項に記載の画像再構成のための装置。
5. 前記第一の再構成アルゴリズムは、前記第二の再構成アルゴリズムより高い信号対雑音比をもたらす、請求項1乃至４の何れか一項に記載の画像再構成のための装置。
6. 前記第一又は第二の再構成アルゴリズムは、フィルタ補正逆投影法FBPを含む、請求項1乃至５の何れか一項に記載の画像再構成のための装置。
7. 前記第一又は第二の再構成アルゴリズムは、反復再構成アルゴリズムの一つ又はそれより多くの反復を含み、又は更に含む、請求項1乃至６の何れか一項に記載の画像再構成のための装置。
8. 前記反復再構成アルゴリズムは、統計的反復再構成SIRである、請求項７に記載の画像再構成のための装置。
9. 前記第二の再構成アルゴリズムは、代数的再構成アルゴリズムARTの少なくとも一つの反復を更に含む、請求項1乃至８の何れか一項に記載の画像再構成のための装置。
10. 前記視野外物質は、光学カメラによって測定される、請求項1乃至９の何れか一項に記載の画像再構成のための装置。
11. 前記視野外決定器の前記測定動作は、前記再構成器RECONXに、第三の再構成アルゴリズムを用いることによって、又は前記第一の再構成アルゴリズムの少なくとも一部を実行することによって、前記完全な視野の検査画像を再構成するように命令することを含み、前記視野外測定は、前記検査画像による環において別々の位置にもたらされ、又は前記視野外測定は、前記検査画像による前記環の全体に渡ってもたらされる、請求項1乃至１０の何れか一項に記載の画像再構成のための装置。
12. -対象物が、視野FoVの内側における前記対象物の少なくとも一部に関して、イメージャのボア内にもたらされ、前記視野FoVに関する、異なる投影角に沿ってコンピュータ断層撮影イメージャによって収集される前記対象物の複数の投影画像を受信するステップと、
    -前記FoVの外側であるが前記ボアの内側の領域によって形成される環状領域における物質の量を測定するステップと、
    -第一の再構成アルゴリズムから第二の再構成アルゴリズムに切り替え、前記視野外物質の決定された量が閾値を超える場合、前記第二の再構成アルゴリズムにより再構成するステップと、
    -前記第二の再構成アルゴリズムにより画像を再構成するステップと、
    -再構成される前記画像を出力するステップと
    を有する、画像処理方法。
13. 処理ユニットによって実行されるとき、請求項１２に記載の方法ステップを実行するように構成される、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の装置を制御するためのコンピュータプログラム要素。
14. 請求項１３に記載のコンピュータプログラム要素を記憶している、コンピュータ読取り可能な媒体。

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