JP2020501795A - スケーリングラジオグラフィ再構成 - Google Patents

Abstract

本発明は、偏心検出器３ＤＸ線再構成又は陽子ラジオグラフィ再構成に関する。アイソ軸の周りで急勾配の重み付け関数を使用する冗長性重み付けは、通常、例えばわずかに不正確な検出器較正又は散乱補正等によって、例えば２つの公称冗長投影間に不一致が生じた場合、再構成にアーチファクトをもたらす。本発明は、これらの問題を克服又は軽減する手法を提示する。

Description

本発明は、偏心検出器３ＤＸ線再構成又は陽子ラジオグラフィ再構成（特に陽子断層撮影再構成）といったラジオグラフィ再構成に関し、具体的には偏心検出器３ＤＸ線再構成装置又はその方法、及び、陽子ラジオグラフィ再構成装置又はその方法に関する。

例えば円軌道を用いる偏心検出器３ＤＸ線再構成が、フィリップス社のＢｒｉｇｈｔｖｉｅｗＸＣＴを含む多くの市販されているシステムに使用され、また、エレクタ社及びＩＢＡ社の放射線治療システム（例えばＩＢＡ社のコンパクトで３６０°のガントリ）又はＣアームシステム（シーメンス社）での撮像に使用される。同様に、Ｘ線を使用するのではなく、他の例ではＰＴラジオグラフィ（具体的には同じ角度で異なる検出器オフセットを用いる画像スティッチング）又は陽子ＣＴが含まれる。

広視野（ＬＦＯＶ）の投影データは、固定検出器オフセットで３６０°回転することによって、又は、２回のショートスキャン（１８０°＋ファン角度）で検出器を片側からもう片側にシフトすることによって取得される。

通常、どちらの場合も、小さい検出器オーバーラップ領域（検出器の大きさと比較して小さい）が提供され、そこで冗長データが測定される。検出器オーバーラップ領域は、２回のショートスキャンの場合は全ての円錐角について、また、３６０°収集の場合は中心ファンのみについて冗長データを含む。この場合、円錐角の小さい線を「準冗長的」又は補完的と見なすことができる。

しかし、フィルタリングの前にアイソ軸の周りで急勾配の重み付け関数を使用する従来の冗長性重み付けによって、２つの公称冗長投影間の不一致が、再構成にアーチファクトをもたらす。

一般的にあまり急勾配でない重み付け関数が使用される手法でも、オーバーラップ領域におけるシャッタペナンブラ又はゴースト効果により、同様の懸念につながる可能性がある。ここで、オーバーラップの大きさが、アーチファクトの大きさ及び強度を決定する要因の１つであることに留意されたい。アーチファクトの大きさは、解剖学的構造を隠すことに関して言えば重要である。適応型陽子線治療用のオンボードシステムのコンテキストでは、患者の体内の陽子ビーム経路全体（皮膚からアイソセンターまで）の正確な評価が必須と考えられるため、偏心検出器の構成が特に重要である。したがって、患者のトランケーションは許されない。更に、偏心検出器構成アーチファクトは、高い軟組織検出性が所望かつ必要とされる陽子アイソセンターにおいて現れる。したがって、任意の構造化されたアーチファクトは、解剖学的変化に見えるか、又は更には、潜在的な変化を隠し、誤った患者ポジショニング、診断又は最適なオフライン適応治療オプションの選択につながる。

同様に、偏心検出器の構成はまた、陽子ラジオグラフィ又は陽子ＣＴでも考慮される。同じガントリ角度でのアーク又は検出器オフセット間の不一致に関する同じ問題が発生する可能性がある。

本発明は、導入されたアーチファクトの問題が回避されるか又は少なくとも軽減される再構成に関する手法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様では、偏心検出器３ＤＸ線再構成装置又は陽子ラジオグラフィ再構成装置が提示される。装置は処理ユニットを含み、処理ユニットは、偏心Ｘ線検出器又は陽子検出器によって測定される収集データであって、前記収集データは第１の部分及び第２の部分を含み、第１の部分及び第２の部分は共に少なくとも検出器オーバーラップ領域をカバーする当該収集データを取得し、検出器オーバーラップ領域内の第１の部分の測定された線積分値を示す第１の基準値を決定し、検出器オーバーラップ領域内の第２の部分の測定された線積分値を示す第２の基準値を決定し、第１の基準値と第２の基準値との比率に基づいて、収集データの第１の部分及び第２の部分の少なくとも一方をスケーリングし、スケーリングの結果を使用して再構成を行う。

本発明の第２の態様では、偏心検出器３ＤＸ線再構成方法又は陽子ラジオグラフィ再構成方法が提示される。方法は、偏心Ｘ線検出器又は陽子検出器によって測定される収集データであって、前記収集データは第１の部分及び第２の部分を含み、第１の部分及び第２の部分は共に少なくとも検出器オーバーラップ領域をカバーする当該収集データを取得するステップと、検出器オーバーラップ領域内の第１の部分の測定線積分値を示す第１の基準値を決定し、検出器オーバーラップ領域内の第２の部分の測定線積分値を示す第２の基準値を決定するステップと、第１の基準値及び第２の基準値に基づいて、収集データの第１の部分及び第２の部分の少なくとも一方をスケーリングするステップと、スケーリングの結果を使用して再構成を行うステップとを含む。

発明者は、以前の従来の手法では、（準）冗長的な線積分データが実際に完全に同一である理想的な世界が想定されていたが、例えばわずかに不正確な検出器較正又は散乱補正等によって、２つの公称冗長投影間に不一致が生じる可能性があることを認識した。本発明は、データが同一となるように「強制する」ことを提供する。当該データは同一であるべきことが知られている。

３６０°の場合の中心検出器を使用する同様のスケーリングは、画質に限定的な影響しかないかもしれないが、２つのアーク間の一貫性のない較正又は投影処理によるアーチファクトは依然として対処される。

一実施形態では、陽子ラジオグラフィ再構成装置は、陽子検出器、又は、陽子検出器と陽子源とを含む構成を更に含む。

一実施形態では、陽子検出器は、様々なオフセットで複数の測定を行う。

別の実施形態では、偏心検出器３ＤＸ線再構成装置は、偏心３ＤＸ線検出器、又は、Ｘ線検出器とＸ線源とを含む構成を更に含む。

一実施形態では、収集データの第２の部分のみが、第１の基準値と第２の基準値との比率でスケーリングされる。

代替実施形態では、第１の部分は、第１の基準値と基線値との比率でスケーリングされ、第２の部分は、基線値と第２の基準値との比率でスケーリングされる。

スケーリングの１つのオプションには、関連する部分の一方のみをスケーリングし、この点で他方の部分は変わらないままにすることが含まれる。しかし、関連する全ての部分がスケーリングされる（場合によっては異なる程度に）ことが可能である。

更に、計画ＣＴを使用して、基線値が推定される（例えば計画ＣＴを（順投影によって）使用することができる）幾つかの特定の角度で理想的な投影又は線を取り出すことができる。

陽子ラジオグラフィ再構成の更なる実施形態では、第１の部分は、第１の基準値と第１のアークの計画ＣＴの順投影によって取得される第１の基線値との比率でスケーリングされ、第２の部分は、第２のアークの角度について再計算される第１の基線値に対応する第２の基線値と第２の基準値との比率でスケーリングされる。

好適な実施形態では、収集データは、固定検出器オフセットでの３６０°の回転の過程において、又は、１８０°を超える２回のスキャン及び検出器を片側からもう片側にシフトすることによって取得される。

好適な実施形態では、再構成を行うステップは、冗長性重み付けを含む。

本発明の実施形態によれば、収集データは、検査対象の周りに任意の軌道を実現することにより取得される。このような軌道の例には、特にトモシンセシス再構成、ヘリカルスキャンスキーム及び任意の軌道長のアイソセントリック非円形スキャンの１８０°＋ファン角度より短い円弧を含む円弧が含まれる。

本発明の更なる態様では、偏心検出器の３ＤＸ線再構成のためのコンピュータプログラム又はソフトウェアプロダクトが提示される。ソフトウェアプロダクトは、コンピュータ上で実行されると、コンピュータに本発明の方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む。

請求項１の装置、請求項５の方法及び請求項１２のコンピュータプログラムは、特に従属請求項に規定されているように、類似及び／又は同一の好適な実施形態を有することを理解されたい。

本発明の好適な実施形態はまた、従属請求項又は上記実施形態とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせでもよいことを理解されたい。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかとなり、当該実施形態を参照して説明される。

図１は、ショートスキャン及び３６０°収集のオーバーラップ及び冗長データ領域の図を示す。 図２は、線積分値の大きさのドリフトが＋／−５％であるシミュレーションの基準と比較した従来の処理の再構成結果及び本発明による処理の再構成結果を示す。 図３は、本発明の一実施形態による装置を含むシステムを概略的に示す。 図４は、本発明の一実施形態による方法を示す概略フロー図を示す。

本発明のコンテキストでは、上記で議論し、以下に示す実施形態に関して説明するように、様々な検出器オフセットで測定された（準）冗長線を使用して、特定の投影領域における均一性を強制し、不一致によって生じるアーチファクトを軽減することが提案される。

（準）冗長データが測定される領域内の特定のエリアでは、各投影の測定された線積分値の平均（又はその指標値）が記録される。

一実施形態では、完全な収集の前半の前処理及び逆投影は変わらない一方で、後半では、関心領域で測定された線積分が、（準）冗長データを含む投影の線積分と比較される。後半の収集の測定された線積分値は、２つの線積分値の比率でスケーリングされる。

図１に、冗長データのエリアの選択を示し、図２に、再構成結果を示す。

図１は、ショートスキャン及び３６０°収集のオーバーラップ及び冗長データ領域の図を示す。

収集データの第１の部分１と第２の部分２とは、検出器オーバーラップ領域３においてオーバーラップするが、これは物理的な検出器のサイズとオフセットとに依存する。

２回のショートスキャンの場合、検出器オーバーラップ領域３を使用して、線積分値が計算される。

３６０°収集の場合、準冗長データの小さい（より小さい）領域４があり、これを線積分値の計算に使用することができる。

図２は、線積分値の大きさのドリフトが＋／−５％であるシミュレーションの基準と比較した従来の処理の再構成結果及び本発明による処理の再構成結果を示す。

図２の上部は、基準（左）、従来の再構成（中央）及び本発明による再構成（右）の横断像を示し、下部は対応する冠状断像を示す。再構成結果は、４０ｍｍの検出器オーバーラップでの３６０°収集（Ｌ／Ｗ３０／１５０ＨＵ、単一スライス）についての線積分値の大きさの＋／−５％のドリフトに対するものである。

図３は、本発明の一実施形態による装置１０を含むシステムを概略的に示す。

再構成装置１０は、偏心検出器Ｘ線装置２０及びメモリ３０に結合され、また、Ｘ線装置２０とメモリ３０とが結合される。

Ｘ線装置２０は、Ｘ線操作を実行することにより測定生データを取得し、当該生データを（直接又は何らかの予備処理の後に）再構成装置１０又はメモリ３０に転送することができる。

したがって、再構成装置１０は、再構成のベースになるデータをＸ線装置２０又はメモリ３０から取得することができる。

装置１０は、本発明による再構成を行い、更に、再構成データを表示のためにディスプレイ４０に、及び／又は、格納（及び後の表示）のためにメモリ３０に転送する。

図４は、本発明の一実施形態による方法を示す概略フロー図を示す。

取得ステップ１００において、収集データが、例えば偏心Ｘ線検出器を含むＸ線装置から直接取得される（当業者がよく知っている概念であり、更なる説明は不要である）か、又は、当該データが格納されているメモリ等から取得される。

収集データは、図１に示すように、第１の部分と第２の部分とを含み、第１の部分と第２の部分とは共に少なくとも検出器オーバーラップ領域をカバーする。

次の決定ステップ１０１において、検出器オーバーラップ領域内の第１の部分の測定された線積分値を示す第１の基準値が決定され、これと同時に又は別々に、検出器オーバーラップ領域内の第２の部分の測定された線積分値の第２の基準値も決定される。

スケーリングステップ１０２において、第１の基準値及び第２の基準値に基づき、収集の第１の部分及び第２の部分の少なくとも一方がスケーリングされる。

再構成ステップ１０３において、スケーリングの結果を用いて再構成が行われ、この再構成プロセス自体は従来の手法に相当する。

本発明は、図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明されたが、当該図示及び説明は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきである。本発明は開示された実施形態に限定されない。

本発明は、特にＣアームシステム、ＲＴ搭載イメージャ、Ｓｐｅｃｔ／ＣＴシステム等のコンテキストにおいて使用又は実装することができる。

更に、例示的な実施形態の上記説明は、偏心３ＤＸ線再構成の場合を指すことが理解されるが、当業者であれば、上記説明は、例えばＰＴラジオグラフィ（同じ角度で様々な検出器オフセットを使用した画像スティッチング）又は陽子ＣＴに同様に適用されることを理解するであろう。

開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求項に係る発明を実施する際に当業者によって理解及び達成されうる。

請求項において、「含む」という語は他の要素又はステップを除外せず、単数形の要素は複数を除外しない。

単一のプロセッサ、デバイス又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載された幾つかのアイテムの機能を果たしてよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているというだけで、これらの手段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。

データ取得又は収集、値決定又は計算、スケーリング及び再構成の実行等の操作は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用ハードウェアとして実施することができる。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として提供される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体といった適切な媒体に格納及び／又は分散配置されるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介した形態といった他の形態で分配されてもよい。

請求項における参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (12)

1. 処理ユニットを含む、偏心検出器３ＤＸ線再構成装置又は陽子ラジオグラフィ再構成装置であって、前記処理ユニットは、
   偏心Ｘ線検出器又は陽子検出器によって測定される収集データであって、前記収集データは第１の部分及び第２の部分を含み、前記第１の部分及び前記第２の部分は共に少なくとも検出器オーバーラップ領域をカバーする当該収集データを取得し、
   前記検出器オーバーラップ領域内の前記第１の部分の測定された線積分値を示す第１の基準値を決定し、前記検出器オーバーラップ領域内の前記第２の部分の測定された線積分値を示す第２の基準値を決定し、
   前記第１の基準値と前記第２の基準値との比率に基づいて、前記収集データの前記第１の部分及び前記第２の部分の少なくとも一方をスケーリングし、
   前記スケーリングの結果を使用して再構成を行う、偏心検出器３ＤＸ線再構成装置又は陽子ラジオグラフィ再構成装置。
2. 前記陽子検出器を更に含む、請求項１に記載の陽子ラジオグラフィ再構成装置。
3. 前記陽子検出器は、様々なオフセットで複数の測定を行う、請求項２に記載の装置。
4. 前記偏心３ＤＸ線検出器を更に含む、請求項１に記載の偏心検出器３ＤＸ線再構成装置。
5. 偏心Ｘ線検出器又は陽子検出器によって測定される収集データであって、前記収集データは第１の部分及び第２の部分を含み、前記第１の部分及び前記第２の部分は共に少なくとも検出器オーバーラップ領域をカバーする当該収集データを取得するステップと、
   前記検出器オーバーラップ領域内の前記第１の部分の測定された線積分値を示す第１の基準値を決定し、前記検出器オーバーラップ領域内の前記第２の部分の測定された線積分値を示す第２の基準値を決定するステップと、
   前記第１の基準値及び前記第２の基準値に基づいて、前記収集データの前記第１の部分及び前記第２の部分の少なくとも一方をスケーリングするステップと、
   前記スケーリングの結果を使用して再構成を行うステップと、
   を含む、偏心検出器３ＤＸ線再構成方法又は陽子ラジオグラフィ再構成方法。
6. 前記収集データの前記第２の部分のみが、前記第１の基準値と前記第２の基準値との比率でスケーリングされる、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の部分は、前記第１の基準値と基線値との比率でスケーリングされ、前記第２の部分は、前記基線値と前記第２の基準値との比率でスケーリングされる、請求項５に記載の方法。
8. 前記第１の部分は、前記第１の基準値と第１のアークの計画ＣＴの順投影によって取得される第１の基線値との比率でスケーリングされ、前記第２の部分は、第２のアークの角度について再計算された前記第１の基線値に対応する第２の基線値と前記第２の基準値との比率でスケーリングされる、請求項５に記載の陽子ラジオグラフィ再構成方法。
9. 前記収集データは、固定検出器オフセットでの３６０°の回転の過程において、又は、１８０°を超える２回のスキャン及び前記偏心Ｘ線検出器を片側からもう片側にシフトすることによって取得される、請求項５に記載の偏心検出器３ＤＸ線再構成方法。
10. 前記再構成を行うステップは、冗長性重み付けを含む、請求項５に記載の方法。
11. 前記収集データは、検査対象の周りに任意の軌道を実現することにより取得される、請求項５に記載の偏心検出器３ＤＸ線再構成方法。
12. コンピュータ上で実行されると、前記コンピュータに請求項５に記載の方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む、偏心検出器３ＤＸ線再構成又は陽子ラジオグラフィ再構成のためのソフトウェア。
    
    

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