JP2022520977A - 医用画像処理システムとその画像再構成方法のためのコリメータ - Google Patents
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Abstract
Description
は、前記対象画像の推定値を示し、
は相関演算子を表し、gは、次式を満たす復号化マスクである。
である
の最大化から導出される。MLEM法では、次式を使って対象画像を推定する。
は、対象画像fのj番目の要素の(k+1)番目の推定値、piは、測定された画像のi番目の要素、Kijは、対象のj番目の要素から発せられる光子が、検出器のi番目の要素で検出される確率を表す遷移行列である。Kijの値は、コリメータの測定、シミュレーション、またはモデリングにより決定できる。第2の総和における分母をprで表し、
とすると、これは、推定されたk番目の対象画像に基づく、測定された画像の期待値
を表す。この工程は、しばしば順投影と呼ばれる。
は、それぞれ畳み込みおよび相関演算を表す。式(5)は、順投影と逆投影という2つの主な手続きを含む。前記畳み込みは、現在の推定値
を使った順投影工程を表す。pcの除算工程から得られるCc補正との相関は、逆投影工程を表す。
は、k回目の反復後のスライスzにおける対象の推定値であり、h(z)は、zに対応する符号化開口マスクの影である。式(5-2)で表された工程は、「焦点が合っていない」スライス(z′≠z)から期待される寄与が測定された投影から減算されている点で、従来のMLEM逆畳み込み(デコンボリューション)と異なり、前記除算工程における補正比は、「焦点が合った」スライス(z′=z)についてのみ計算される。より具体的にいうと、前記補正比は、焦点が合ったスライスの推定値誤差からのみ計算される。したがって、このアルゴリズムは、より高速に収束することが予想される。さらに、3D撮像における距離zについては、Z軸(前記検出器の表面に垂直)に沿った対象の分割は、等間隔に行える。あるいは、Z軸に沿った対象の分割は、不均一な間隔(例えば、可変距離)でも行える。
が、次式で計算される。
のi番目の領域内の中心である。なお、式(6)の全変数は、x、y、zをパラメータとして有するが、単純化のためこれを無視していることに注意すべきである。次に、次式を使って前記対象画像を推定することができる。
が、次式で計算される。
は、コリメータのi番目の領域の順投影、CCiは、コリメータのi番目の領域の角度効果補正係数、pr(z)は、画像
の全体的な順投影である。一例では、コリメータの全開口部が同じサイズおよび形状である場合は、CCi=CC(x-xci,y-yci)で、これはCCが種々の(xci,yci)値だけシフトされたものと同じ関数であり、xci、yciは、hのi番目の領域hi内の点のxおよびy座標で、通常、その領域の中心である。各領域は、同じ関数Ccで表現できるが、2つの異なる領域間で、それぞれ異なるCci値が可能になるように、各領域はxおよびy座標のシフトにより独自のCci値を有することができる。Cci値は、貫通孔の開口サイズおよび/または形状にも影響される。すなわち、貫通孔の開口サイズおよび/または形状が2つの領域で異なる場合、これら2領域のCciの関数と値も異なる可能性がある。一部の実施形態において、少なくとも2つの領域を通過する順投影はオーバーラップする。なお、式(7)は一例であり、個々の領域ごとに領域を分割して順投影を計算する種々の方法を限定するものではないことに注意すべきである。一部の実施形態において、より小さい領域hi(z)は、すべてhの開口部のサブセットを含み、その小領域のうち少なくとも1つは、hの全開口部を含まない。例えば、式(7)では、全体、または式(6)のように小領域に分割されて総計されたものとして、
を使用できる。別の例では、周波数領域について式(7)と等価な式を使って計算を行える。さらに別の例では、例えばスピードを落として計算の正確度要件を満たす二律背反的な計算では、1若しくはそれ以上の個々の領域を式(7)から省略することができる。
は、コリメータのi番目の領域の逆投影、CCiは、i番目の領域に関する角度補正である。各領域の逆投影を計算すると、逆投影全体としてのq(z)を各領域の逆投影の総和として算出できる。また、r(z)は、式(7-1)または(7-2)のブラケット内の商とできる。
が前記対象画像の(k+1)番目の推定値である反復方法であることに注意すべきである。式(5)における反復は、次のように単純化できる。
を計算する前に、まず正規化できる。
の初期推定値が提供される。適切な初期推定値は、
、例えばすべて「1」の行列に使用できる。別の例では、コンピュータ断層撮影(CT)画像を
に使用できる。最新の分子撮像システムは、多くの場合、CTスキャナとタンデムのハイブリッド形態、例えばハイブリッドSPECT/CTまたはPET/CTシステムで設置される。CT画像は、対象、例えばカウチに横たわったSPECTまたはPET撮像中の患者を通過するX線により生成される。SPECT再構成前にはCTスキャンを利用でき、そのCTスキャンを使って、初期推定値が生成可能である。一実施形態では、CTスキャンを有限なサポートとして使用でき、すなわち患者身体の輪郭を使って、上述した行列内の「1」の範囲を定義し、前記行列要素の値を患者の輪郭内では「1」に、患者の輪郭外では「0」に設定できる。
が工程540への入力として次の反復に使用され、
が計算される。工程540では、マスクを再分割し、より細かいメッシュ(例えば、より多くの領域)を得て正確度を高めることができる。反復が終了した場合、方法500は工程580へ進み、そこで推定された対象画像が格納され(例えば、画像記憶装置136に)、および/または表示される(例えば、ディスプレイ138に)。
100...撮像装置
102...検出器
104...コリメータ
106...連結および遮蔽構成要素
106...連結および遮蔽構成要素
108...開口部
110...ガントリー
112...プラットフォーム
120...制御コンソール
130...コンピュータシステム
132...データ記憶装置
134...画像プロセッサ
136...画像記憶装置
138...ディスプレイ(表示装置)
150...患者
152...放射線源
154...入射経路
A...縁部点
B...縁部点
θ...(光子の入射)角度
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある(国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む)。
(先行技術文献)
(特許文献)
(特許文献1) 米国特許出願公開第2008/0230707号明細書
(特許文献2) 米国特許第6,580,939号明細書
(特許文献3) 米国特許出願公開第2012/0305812号明細書
(特許文献4) 米国特許出願公開第2011/0190616号明細書
(特許文献5) 米国特許出願公開第2013/0299705号明細書
(特許文献6) 米国特許出願公開第2010/0067766号明細書
Claims (20)
- 医用画像処理のためのコリメータであって、
頂面および底面を伴う、孔を開けたプレートと、
前記孔を開けたプレートに分布する孔と
を有し、
前記孔は、複数の群に配置構成され、
前記複数の群は、第1の符号化開口パターンを形成し、
前記複数の群の各々における前記孔は、少なくとも第2の符号化開口パターンを形成する
コリメータ。 - 請求項1記載のコリメータにおいて、前記第1の符号化開口パターンは、URAアレイ、MURAアレイ、ランダムアレイ、および疑似ランダムアレイのうちの1つであるコリメータ。
- 請求項2記載のコリメータにおいて、前記第1の符号化開口パターンは、MURAアレイであるコリメータ。
- 請求項3記載のコリメータにおいて、前記第1の符号化開口パターンは、MURA 5×5アレイ、MURA 7×7アレイ、およびMURA 11×11アレイのうちの1つであるコリメータ。
- 請求項1記載のコリメータにおいて、前記第2の符号化開口パターンは、URAアレイ、MURAアレイ、ランダムアレイ、および疑似ランダムアレイのうちの1つであるコリメータ。
- 請求項5記載のコリメータにおいて、前記第2の符号化開口パターンは、MURAアレイであるコリメータ。
- 請求項6記載のコリメータにおいて、前記第3の符号化開口パターンは、MURA 3×3アレイ、MURA 7×7アレイ、およびMURA 11×11アレイのうちの1つであるコリメータ。
- 請求項1記載のコリメータにおいて、前記第1の符号化開口パターンは、前記第2の符号化開口パターンとは異なるものであるコリメータ。
- 請求項1記載のコリメータにおいて、前記第1の符号化開口パターンは、前記第2の符号化開口パターンと同じであるコリメータ。
- 請求項1記載のコリメータにおいて、前記複数の群のうちの少なくとも2つは、サイズまたは形状のどちらか一方が異なる前記孔を有するものであるコリメータ。
- 請求項1記載のコリメータにおいて、前記複数の群のうち少なくとも1つの前記孔は、前記第2の符号化開口パターンを変換したものであるパターンを有するものであるコリメータ。
- 請求項11記載のコリメータにおいて、前記変換は、転置演算、回転演算、シフト演算、および反転演算のうちの1つを含むものであるコリメータ。
- 医用画像処理のためのコリメート装置であって、
頂面および底面を伴う、孔を開けたプレートと、
複数の孔であって、当該複数の孔の各々は、前記頂面から前記底面まで延在する、複数の孔と
を有し、
前記複数の孔は、前記孔を開けたプレートの2若しくはそれ以上の領域に群化され、
前記2若しくはそれ以上の領域の各々は、各領域内で前記複数の孔により形成された符号化開口パターンを含み、少なくとも2つの領域は、同一でない符号化開口パターンを有する
コリメート装置。 - 請求項22記載のコリメート装置において、前記符号化開口パターンは、URAアレイ、MURAアレイ、ランダムアレイ、および疑似ランダムアレイのうちの1つであるコリメート装置。
- 請求項22記載のコリメート装置において、前記2若しくはそれ以上の領域の各々における前記符号化開口パターンは、互いに異なるものであるコリメート装置。
- 請求項22記載のコリメート装置において、前記孔を開けたプレートは、50%未満の孔密度を有するものであるコリメート装置。
- 画像を再構成する方法であって、
対象物と、検出器と、前記対象物および前記検出器の間に配置されたコリメータとを提供する工程と、
前記検出器により、前記対象物の測定された画像を取得する工程と、
前記対象物の第1の推定された画像を、第1の解像度で提供する工程と、
前記コリメータを複数の領域に分割する工程と、
前記複数の領域の順投影および逆投影に基づく反復により、推定された対象画像を計算する工程と、
前記推定された対象画像を、第2の解像度で、前記対象物の第2の推定された画像に変換する工程であって、前記第2の解像度は前記第1の解像度と異なる、工程と、
所定の閾値に到達するまで、前記分割工程、計算工程、および変換工程を反復する工程と
を有する方法。 - 請求項17記載の方法において、前記測定された画像を取得する工程は、前記測定された画像を異なる解像度に変換する工程を含むものである方法。
- 請求項17記載の方法において、前記コリメータは、異なる解像度の符号化開口パターンを含むものである方法。
- 請求項17記載の方法において、前記分割工程、計算工程、および変換工程を反復する間、前記分割工程により生成される前記複数の領域の数は増えるものである方法。
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