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

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 Download PDF

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Abstract

【要約】種々の実施形態によれば、本開示は、医用画像処理のためのコリメータを提供する。前記コリメータは、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含む。前記孔は、複数の群に配置構成される。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、第２の符号化開口パターンを形成する。【選択図】 図７

Description

核医学としても知られる医用分子イメージングでは、医療診断用に放射性医薬品の分布を表す画像を生成することができる。イメージング（撮像）前には、放射性医薬品が撮像対象者、例えば患者に注射される。その放射性医薬品が放射する放射性光子は身体を透過し、光子検出器により検出される。次に、受け取られた光子からの情報に基づき、前記光子検出器が、患者の体内における前記放射性医薬品の分布を決定する。前記分布は患者の生理学的機能を表すため、その分布画像からは、種々の疾患および病態の診断、例えば心臓病学、腫瘍学、神経学などにおける診断に関する有益な臨床情報が得られる。
コリメータは、光子経路を方向付ける装置である。光子が１若しくは複数の既知の光源位置から発せられるＸ線またはＣＴ診断とは異なり、分子イメージングでは、光子が対象者体内の未知の位置から発せられる。コリメータがないと、全方向からの光子がガンマ線検出器に記録されて、画像再構成が困難になりうる。そのため、画像を再構成できるよう、写真撮影用カメラでレンズが果たす役割と同様に、可能性のある光子経路への方向付け用にコリメータが使用される。
既存のコリメータおよび検出器の撮像システムでも、一般に、それぞれ意図された目的には十分だが、すべての点を考慮すると完全に満足のいくものではない。例えば、既存の撮像システムは、多くの場合、バックグラウンド・ノイズと不均一性アーチファクトに制約を受ける。この理由から、コリメータおよび検出器ベースの医用画像処理システムの感度または解像度を向上させるため、画像再構成方法の改善が望まれている。
種々の実施形態によれば、本開示は画像を再構成する方法を提供し、この方法は、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マスク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、前記対象物の推定された画像を提供する工程と、前記マスクを複数の領域に分割する工程と、各前記領域について、前記対象物の前記推定された画像と、各前記領域とから順投影を導出することにより、複数の順投影を取得する工程と、前記対象物の前記測定された画像を前記順投影と比較する工程と、前記比較の結果に基づき、前記対象物の前記推定された画像を更新する工程とを含む。一部の実施形態において、前記方法は、さらに、前記導出工程、比較工程、および更新工程を反復する工程を含む。一部の実施形態において、前記方法は、さらに、連続した２つの工程で前記対象物の前記推定された画像間の差が所定の閾値未満であることを条件に、前記対象物の再構成された画像として、前記対象物の前記推定された画像の１つを格納する工程を含む。一部の実施形態において、前記方法は、さらに、前記前記対象物の前記推定された画像を更新する工程が所定の回数だけ反復されることを条件に、前記対象物の再構成された画像として、前記対象物の前記推定された画像を格納する工程を含む。一部の実施形態において、前記方法は、さらに、前記分割工程、導出工程、比較工程、および更新工程を反復する工程を含み、その場合、前記領域の数は、当該工程を反復する間に増加する。一部の実施形態において、前記順投影を導出する工程は、畳み込み演算を含む。一部の実施形態において、前記順投影を導出する工程は、各前記領域について各々の角度効果補正係数を計算する工程を含む。一部の実施形態において、前記角度効果補正係数はｃｏｓ３（θ）の項を含み、θは入射角である。一部の実施形態において、前記マスクは複数の貫通孔を有し、各前記領域は、少なくとも１つの貫通孔を有する。一部の実施形態において、前記マスクは、異なる数の貫通孔を有する少なくとも２つの領域を有する。一部の実施形態において、各前記領域は凸形状を有する。一部の実施形態において、前記推定された画像を更新する工程は、各前記領域について、相関演算に対する各順投影の適用に基づき逆投影を計算する工程を含む。
種々の実施形態によれば、本開示は画像を再構成する方法も提供し、この方法は、対象物と、その対象物からの放射線を部分的にブロックするマスクとを提供する工程と、前記対象物の推定された画像を提供する工程と、前記マスクを複数の領域に分割する工程と、各前記領域について、前記対象物の前記推定された画像と、各前記領域とから順投影を導出することにより、複数の順投影を取得する工程とを含み、前記順投影を導出する工程は、各前記領域について各々の角度効果補正係数を計算する工程を含む。一部の実施形態において、前記角度効果補正係数はｃｏｓ３（θ）の項を含み、θは入射角である。一部の実施形態において、前記方法は、さらに、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、前記対象物の前記測定された画像を前記順投影と比較する工程と、前記比較の結果に基づき、前記対象物の前記推定された画像を更新する工程とを含む。
種々の実施形態によれば、本開示は医用画像処理システムも提供し、この医用画像処理システムは、対象物から発せられる放射線をフィルタリングするよう構成されたコリメータと、前記コリメータを通過した前記放射線を検出することにより、前記対象物の測定された画像を取得するよう構成された検出器と、コンピュータ可読コードを実行するよう動作可能なコントローラであって、前記検出器から前記測定された画像を受信する工程と、前記対象物の推定された画像を提供する工程と、前記コリメータを複数の領域に分割する工程と、各前記領域について、順投影を導出することにより複数の順投影を取得する工程と、前記測定された画像および前記順投影の比較の結果に基づき、前記推定された画像を更新する工程との演算を実行するコントローラとを含む。一部の実施形態において、初期の前記推定された画像は、ＣＴスキャンから取得される。一部の実施形態において、前記順投影を導出する工程と、前記推定された画像を更新する工程とは、反復演算の一部である。一部の実施形態において、前記コリメータを複数の領域に分割する工程も、前記反復演算の一部であり、前記領域の数は、前記反復演算中に増加する。一部の実施形態では、各前記領域ごとに、符号化開口パターンを形成する１若しくはそれ以上の貫通孔がある。
種々の実施形態によれば、本開示は、医用画像処理のためのコリメート装置も提供し、このコリメート装置は、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、複数の孔とを含み、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、前記複数の孔の部分により形成された符号化開口パターンを含む。一部の実施形態において、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。一部の実施形態において、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。
本開示は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を読むことにより最もよく理解される。なお、当該分野の標準慣行に基づき、種々の特徴は実際の縮尺どおりに描画されておらず、単なる例示目的で使用されることを特筆する。例えば、種々の特徴の寸法は、説明を明瞭にするため適宜拡大または縮小している場合がある。
図１は、本開示の種々の態様に係る例示的な核撮像システムの概略図である。 図２Ａおよび２Ｂは、それぞれ本開示の種々の態様に係る例示的なコリメータの概略的な上面図および断面図である。 図２Ａおよび２Ｂは、それぞれ本開示の種々の態様に係る例示的なコリメータの概略的な上面図および断面図である。 図３Ａおよび３Ｂは、それぞれ本開示の種々の態様に係る例示的な分割されたコリメータの概略的な上面図とそれに対応した行列である。 図３Ａおよび３Ｂは、それぞれ本開示の種々の態様に係る例示的な分割されたコリメータの概略的な上面図とそれに対応した行列である。 図４Ａ～４Ｃは、それぞれ本開示の種々の態様に係るコリメータで領域を分割する際の例示的な実施形態である。 図４Ａ～４Ｃは、それぞれ本開示の種々の態様に係るコリメータで領域を分割する際の例示的な実施形態である。 図４Ａ～４Ｃは、それぞれ本開示の種々の態様に係るコリメータで領域を分割する際の例示的な実施形態である。 図５は、本開示の種々の態様に係る画像再構成の方法のフローチャートである。 図６は、本開示の種々の態様に係る、複数の領域を有した例示的なコリメータデザインであり、各領域が符号化開口パターンを含む。 図７は、複数の領域を有した例示的なコリメータデザインであり、１つの領域は、他の領域のパターンに対して回転されたパターンを有する。 図８、９、および１０は、多重解像度方式を伴う画像再構成の方法のフローチャートである。 図８、９、および１０は、多重解像度方式を伴う画像再構成の方法のフローチャートである。 図８、９、および１０は、多重解像度方式を伴う画像再構成の方法のフローチャートである。 図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃは、複数レベルの解像度を提供する例示的なコリメータデザインである。 図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃは、複数レベルの解像度を提供する例示的なコリメータデザインである。
以下の開示では、本開示の種々の特徴を実装する多数の異なる実施形態または例を提供している。以下では、本開示を単純化するため構成要素および配置の具体例を説明している。これらは、当然ながら、単なる例に過ぎず、限定を意図したものではない。本開示で説明する装置、システム、方法のいかなる修正形態および追加変更形態も、ならびに本開示の原理のいかなる追加用途・応用も、本開示の関連分野の当業者であれば、通常、すべて考案されるものと考えられる。例えば、本開示の一実施形態を参照して説明する特徴、構成要素、および／または工程（工程段階）は、本開示の他の実施形態を参照して説明する特徴、構成要素、および／または工程（工程段階）と組み合せることにより、そのような組み合わせが明示されなくとも、本開示に係る特徴、構成要素、および／または方法のさらに別の実施形態を形成することが可能である。また、本開示では種々の例で、参照符号を繰り返し使用する場合がある。この反復は単純化および明瞭性のためであり、それ自体が開示される種々の実施形態および／または構成の関係を決定するものではない。
さらに、以下の説明において、別の特徴上にあり、これに連結され、および／またはこれに結合された特徴は、前記特徴が前記別の特徴と直接接触する実施形態を含む場合があり、また、前記特徴が前記別の特徴と直接接触しないよう付加的な特徴が前記特徴との間に介在可能な実施形態を含む場合もある。さらに、空間的に相対的な用語、例えば「下方」（ｌｏｗｅｒ）、「上方」（ｕｐｐｅｒ）、「水平」（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）、「垂直」（ｖｅｒｔｉｃａｌ）、「の上」（ａｂｏｖｅ）、「の上」（ｏｖｅｒ）、「の下」（ｂｅｌｏｗ）、「の下」（ｂｅｎｅａｔｈ）、「上」（ｕｐ）、「下」（ｄｏｗｎ）、「頂部」（ｔｏｐ）、「底部」（ｂｏｔｔｏｍ）、などのほか、その派生語（例えば、「水平に」（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ）、「下方へ」（ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ）、「上方へ」（ｕｐｗａｒｄｌｙ）など）は、本開示の１つの特徴の別の特徴との関係を説明しやすくするために使用される。前記空間的に相対的な用語は、前記特徴を含む装置の種々の配向を説明することを目的としている。さらに、数値または数値の範囲は、「約」（ａｂｏｕｔ）、「約」（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ）などを用いて説明しており、この用語は、説明された数値を含む妥当な範囲内の数値、例えば説明された数値±１０％以内、または当業者により理解される他の値を包含することを意図している。例えば、用語「約５ｍｍ」は、４．５ｍｍ～５．５ｍｍの寸法範囲を包含する。
本開示は、医用画像処理（医用イメージング）分野に関し、より具体的には、画像再構成方法、ならびにコリメータおよび検出器ベースの医用画像処理システム、例えば一部の実施形態では近接場符号化開口コリメーションおよび最尤推定に基づく単一光子放射断層撮影法（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＳＰＥＣＴ）またはポジトロン断層法（ｐｏｓｉｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＥＴ）に関する。
分子医用画像を撮る前には、通常、放射性医薬品が患者に経口投与または注射される。放射性医薬品は、原子核崩壊を経て、対消滅により直接的または間接的にガンマ光子を一定レートおよび特徴的エネルギーで発する。放射を記録または監視すべき患者または対象の周囲には、１若しくはそれ以上の検出器ユニットが配置される。多くの場合、製造およびデータ処理の便宜上、検出器は平面形状に構成され、したがって、しばしば投影と呼ばれる２Ｄ行列形式でデータを取得する。そのような検出された事象の位置、エネルギー、および計数を含む記録された情報に基づくと、前記放射性医薬品の分布の画像を再構築して、特定の身体部分の機能を調べることができる。
図１は、例示的な分子または核撮像システム（イメージングシステム）１０を示したもので、これを使うと、対象者、例えば患者を診察または治療できる。一実施形態において、撮像システム１０は、ＳＰＥＣＴ撮像システムである。あるいは、撮像システム１０は、他の分子または核撮像システム、例えばＰＥＴ撮像システムであってよい。単純化のため、画像再構成方法を実証する一例として、ＳＰＥＣＴ撮像システムを例示する。ただし、関連分野の当業者であれば、提案されている画像再構成方法はＳＰＥＣＴ撮像システムに限定されず、他の適切な撮像システム、例えばＰＥＴ撮像システムに応用できることが理解されるであろう。撮像システム１０は、撮像装置１００と、ガントリー１１０と、プラットフォーム１１２と、制御コンソール１２０と、コンピュータシステム１３０とを含む。例示した実施形態において、コンピュータシステム１３０は、データ記憶装置１３２と、画像プロセッサ１３４と、画像記憶装置１３６と、ディスプレイ（表示装置）１３８とを含む。撮像装置１００はガントリー１１０に取り付けられ、ガントリー１１０は、動き、回転し、データを取得することができる。患者１５０は、前記撮像装置１００による検査または治療のためプラットフォーム１１２（例えば、カウチ）上に配置される。一部の実施形態において、撮像装置１００は、ガントリー１１０上で動ける（例えば、回転できる）よう、可動部品でガントリー１１０に連結される。
撮像装置１００は、患者１５０から発せられる放射線を検出および記録し、記録された情報をデータ記憶装置１３２に転送する。次いで、画像プロセッサ１３４は、前記記録された情報を使って、患者１５０体内の放射性医薬品分布を表すボリュメトリック画像を再構成できる。前記再構成された画像は、画像記憶装置１３６に格納され、ディスプレイ１３８上での操作および表示閲覧が可能になる。制御コンソール１２０を使うと、作業者または技師は、データ取得時に撮像装置１００を制御できる。一部の実施形態では、制御コンソール１２０と、データ記憶装置１３２と、画像プロセッサ１３４と、画像記憶装置１３６と、ディスプレイ１３８とが、コンピュータシステム１３０内で統合される。一部の実施形態では、１若しくはそれ以上のコンピュータ構成要素（例えば、制御コンソール１２０、データ記憶装置１３２、画像プロセッサ１３４、画像記憶装置１３６、およびディスプレイ１３８）の一部または全部を、遠隔（リモートの）位置（例えば、クラウド上）に配置することができる。一部の実施形態では、これら構成要素のうち１若しくはそれ以上をローカルまたはリモートに存在させることができる。
撮像装置１００は、検出器１０２および１若しくは複数のコリメータ１０４を含む。一部の実施形態において、検出器１０２は、半導体検出器、例えばテルル化カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍ ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ：ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ｃａｄｍｉｕｍ ｚｉｎｃ ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ：ＣＺＴ）、または高純度ゲルマニウム（ｈｉｇｈ ｐｕｒｉｔｙ ｇｅｒｍａｎｉｕｍ：ＨＰＧｅ）系のものである。一部の実施形態において、検出器１０２は、シンチレータ（例えば、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）またはヨウ化セシウム（ＣｓＩ）系の）検出器である。他の一部の実施形態において、検出器１０２は、小型の光電子倍増管（ｐｈｏｔｏ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅｓ：ＰＭＴｓ）、シリコン光電子増倍管（ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅｓ：ＳｉＰＭＴ）、またはアバランシェフォトダイオードに接続されたシンチレータであってもよい。コリメータ１０４は、１若しくはそれ以上の開口部、例えば貫通孔を含む。貫通孔の数および幾何学的配置に応じ、コリメータ１０４は、単一ピンホール、複数ピンホール、符号化開口（ｓｐｒｅａｄ ｆｉｅｌｄ ｉｍａｇｉｎｇ（商標）：ＳＦＩとしても知られる）コリメータ、または他の適切なタイプのコリメータとしてよい。貫通孔の外形に応じて、コリメータ１０４は、平行孔、ファンビーム、またはコーンビーム・コリメータ、または他の適切なタイプのコリメータとすることができる。
１若しくはそれ以上の放射性医薬品は、患者に経口投与または注射されると、原子核崩壊を経て、対消滅により直接的または間接的に、一定レートおよび特徴的エネルギーで放射線（例えば、ガンマ光子）を発しうる。検出器１０２は、放射線を記録または監視するため、患者１５０の近くに配置される。記録された情報、例えばそのような検出された事象の位置、エネルギー、および計数に基づくと、前記放射性医薬品の分布の画像を再構築して、患者１５０の特定の身体部分の状態または機能を調べることができる。ＳＰＥＣＴ撮像において、コリメータ１０４は、検出器１０２と撮像対象の間に配置され、前記コリメータの前記開口部は、それを通過して前記検出器の特定位置に到達できる放射線の方向および角度範囲を決定する。
種々の実施形態において、コリメータは、本質的には孔を開けたプレートであり、通常、重金属、例えば鉛およびタングステンで作製される。一部の実施形態において、前記コリメータは、平面状のプレートで作製され、通常、平面状の検出器表面に平行に配置される。前記プレートの厚さは、撮像すべく設計された光子エネルギーに応じ、光子が主にプレートの小さなピンホールを通過するよう、放射線の大半を十分止められる大きさである。例えば、一般に使用される同位体、テクネチウム９９ｍ（９９ｍＴｃ）は、約１４０ｋｅＶのエネルギーのガンマ線を発し、通常、鉛製のプレートなら３ｍｍの厚さ、タングステン製のプレートなら２ｍｍの厚さで十分である。この厚さは、より高エネルギーのガンマ線で撮像する場合、より大きくする必要がある。これらのコリメータは、前記検出器から一定の距離に配置して、設計された視野（ｆｉｅｌｄ－ｏｆ－ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）から前記ピンホールを通過してくる光子が前記検出器の表面全体に広がるようにする必要がある。このシナリオにおけるコリメータと検出器間の間隙は、通常、３ｃｍを超える。
撮像装置１００は、撮像ガントリー用に必要な他の部品、例えば複数の部品を一体的に連結する（例えば、検出器１０２とコリメータ１０４を一体的に連結する）コネクタ、部品を動かすための電動機、光子を遮蔽する構成要素、他の部品を収容するハウジング構成要素などを含むことができる。例えば、連結および遮蔽構成要素１０６は、検出器１０２およびコリメータ１０４を連結して双方が一体的に動く（例えば、回転する）ようにし、また放射線（光子）がコリメータ１０４以外の経路で検出器１０２に到達しないようにする。他の実施形態では、検出器１０２とコリメータ１０４が、互いに個別に動くことができる。
図２Ａおよび２Ｂは、例示的なコリメータ１０４の上面図および横断面図をそれぞれ例示したものである。コリメータ１０４は、特定の光子をブロックして他の光子を通過させることにより、放射線をフィルタリングするよう構成される。コリメータ１０４は、放射線（例えば、光子）を吸収する重金属、例えば鉛および／またはタングステンで作製される。コリメータ１０４は、内設された開口部１０８を有し、これを一部の光子が通過して検出器１０２に到達できるようにする（図１）。なお、コリメータにより放射線または光子をブロックまたは吸収する際、光子を１００％ブロックする必要はないことを理解すべきであり、これは、前記放射線吸収材料があっても、光子のわずかな割合（例えば、５％またはそれ未満）はその吸収材料の全厚みを透過するためである。その漏出光子の数は、コリメータの厚さに応じて指数関数的に低減できる。すなわち、ブロック（または他の同様な用語）とは、実質的にすべての光子（例えば、９５％またはそれ以上、あるいは９９％またはそれ以上）が前記放射線吸収材料により吸収されることを意味する。
開口部１０８は、前記コリメータの頂面から前記コリメータの底面まで延在する貫通孔であってよい。あるいは、開口部１０８は、実質的に前記コリメータを貫通するもの―例えば、前記コリメータの頂面に設けられ、深さが前記コリメータの厚さ９８％を超える凹部であってよい。開口部１０８は、貫通孔、トンネル、開口（アパーチャ）、または通過口形状と呼ばれることもあり、各々のコリメータ内で任意の適切な形状、サイズ、数、および／または分布を有することができる。一部の実施形態において、開口部１０８は、平行孔、ファンビーム、またはコーンビーム、スリット－スラット、ピンホール、マルチピンホール、符号化開口、適切に成形された他の任意の開口部、またはこれらの組み合わせを含むことができる。一部の実施形態において、コリメータ１０８は、患者１５０の近く（例えば、２ｃｍまたはそれ未満）に配置される。平行孔またはファンビーム（収束または発散する）は患者１５０から著しく離す必要がないため、コリメータ１０８では、このような形状を使用できる。一部の実施形態では、開口部１０８は傾斜、収束、または発散するものにでき、ファンビームまたはコーンビームなどを形成できる。一例において、開口部１０８は複数のピンホールを含み、その場合ピンホールの数は、１１より大きく、２３より大きく、５９より大きく、または１００より大きくできる。開口部１０８は、符号化開口パターン、例えばサイズ５、７、１１、および１３で、１２、２４、６０、および８４の孔をそれぞれ有するＭＵＲＡ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ ｒｅｄｕｎｄａｎｔ ａｒｒａｙ：修正均一冗長アレイ）を形成できる。ピンホールを増やすと、撮像感度を改善するうえで役立つ。さらに、開口部１０８は、単一ピンホール、複数ピンホール、複数ピンホールモジュール（ｓｐｒｅａｄ ｆｉｅｌｄ ｉｍａｇｉｎｇ（ＳＦＩ）または符号化開口を含む）とすることができる。
図２Ｂに示すように、放射線源（例えば、患者１５０の身体一部の）１５２は、コリメータ１０４の上方から光子を発する。コリメータ１０４の頂面に当たる光子は、ブロックされる。開口部１０８の頂部側（前記放射線源に面する側）を通過する光子も、当該開口部１０８の側壁によりブロックされる。開口部１０８の頂部開口の縁部点Ａに当たる光子の入射経路１５４は、コリメータ１０４の頂面の法線方向である垂直方向Ｚに対して角度θを成す。この角度θを入射角という。入射角θが０度に等しくない場合（θ≠０）、前記放射線源１５２は、オフセンター（ｏｆｆ－ｃｅｎｔｅｒ）源と呼ばれる。前記入射経路１５４が開口部１０８の別の点、例えば開口部１０８の底面の縁部点Ｂ、または点ＡとＢ間の任意の点、または開口部１０８の近接点から測定される場合、厚さと口径が、前記線源１５２と前記開口部１０８間の距離よりも著しく小さければ、入射角θは実質的に同じであると見なされる。
光子は、前記入射角θより大きい角度で入射経路に沿ってコリメータ１０４へと移動する場合、コリメータ１０４により吸収される（ただし、コリメータ１０４の前記開口部に隣接する部分を光子が透過する場合もある（例えば、前記開口部の側壁の薄い領域））。一部の実施形態において、入射角θは０°～約２°の範囲または０°～約１０°の範囲である。一例において、ＬＥＨＲ（ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ：低エネルギー高解像度）コリメータは、約１．１１ｍｍの開口径と約２４．０４ｍｍの長さを有し、入射角の許容範囲は０°～約２．６４°である。別の例では、ＧＡＰ（ｇｅｎｅｒａｌ ａｌｌ ｐｕｒｐｏｓｅ：汎用）コリメータは、約１．４０ｍｍの開口径と約２５．４ｍｍの長さを有し、入射角の許容範囲は０°～約３．１５°である。さらに別の例では、ＬＥＨＳ（ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ：低エネルギー高感度）コリメータは、約２．５４ｍｍの開口径と約２４．０４ｍｍの長さを有し、入射角の許容範囲は０°～約６．０３°である。他の一部の例では、許容される入射角θは０°～約１５°の範囲または０°～約７５°の範囲である。例えば、口径約１．０ｍｍで長さ約３．０ｍｍの開口部は、許容される入射角が約１８．４３°であり、口径約３．０ｍｍで長さ約１．５ｍｍの開口部は、許容される入射角が約６３．４３°である。
放射線源１５２と検出器１０２間において、コリメータ１０４は、マスクとして機能する。患者１５０からの各放射線源１５２は、検出器１０２に対し、放射線源１５２の強度で加重された前記マスクの影を投影する。前記影の位置は、放射線源１５２からの入射光子の方向に依存する。その結果、検出器１０２により取得される生画像は、前記コリメータ１０４の視野（ｆｉｅｌｄ－ｏｆ－ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）内に前記放射線源１５２のすべてから落とされる影の総和になる。画像再構成は、そのため、検出器１０２により取得された１若しくは複数の生画像（測定された画像という）から放射線源１５２の推定画像（対象画像という）を構成するものである。数学的には、撮像システムは、ノイズを考慮せずに単純化されたモデルにより近似的に表される。
Figure 2022520977000002
 式中、＊は畳み込み（コンボリューション）演算子を表し、ｐは測定された画像、ｆは対象画像、ｈは、前記コリメータに形成された符号化されたパターンを表す。すなわち、ｈは行列で、符号化したマスクの影を表している。一部の実施形態において、ｈは「０」と「１」の行列であり、その各要素は前記コリメータのグリッド位置に対応し、１はその位置の開口部（例えば、ピンホール）を表し、０はそれ以外を表す。この行列を拡大すると、線源により前記検出器上に射影される前記マスクの影の拡大効果を表することができ、内挿を使うと、前記行列要素の値を計算できる。
画像再構成は、復号化の手続きと見なすことができる。対象画像ｆは、復号化、すなわち復号化マスク・パターンｇで測定された画像ｐの相関を求めることにより推定できる。この復号化手続きは、次式で表せる。
Figure 2022520977000003
 式中、
Figure 2022520977000004
は、前記対象画像の推定値を示し、
Figure 2022520977000005
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。
Figure 2022520977000006
 ２次元（２Ｄ）視点からいうと、測定された画像ｐは、ｐｉで表される複数の小さな領域に分割できる。例えば、コリメータが位置する平面のＸＹ座標に基づくと、１領域はｐｘｙと示せる。平面状の検出器を使う場合、ＸおよびＹ軸は、通常、その検出器の表面に平行で、Ｚ軸は前記検出器の表面に垂直である。同様に、対象画像ｆは、複数の小さな領域ｆｊ、またはＸＹ平面ではｆｘｙで表される複数の小さな領域に分割できる。一実施形態において、画像再構成方法は、最尤推定－期待値最大化（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ：ＭＬＥＭ）法と呼ばれる。このＭＬＥＭ法は、ポアソンノイズ・モデルと、所与の測定された画像ｐから推定される対象画像の確率
Figure 2022520977000007
である
Figure 2022520977000008
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。
Figure 2022520977000009
 式中、
Figure 2022520977000010
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、
Figure 2022520977000011
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
Figure 2022520977000012
を表す。この工程は、しばしば順投影と呼ばれる。
一部のケース、例えば符号化開口マスクがコリメータとして使用される場合、投影される画像は、ＭＬＥＭの反復デコンボリューション工程の前に、角度効果（ｃｏｓ３（θ）の項および開口コリメーション効果の項を含む）について補正できる。これにより、この画像処理モデルは畳み込み工程になり、式（４）はさらに次のように書ける。
Figure 2022520977000013
 一方、上記のように、ｈは符号化開口マスクの影であり、ｐｃは測定された画像を角度およびコリメーション効果について補正したものである。具体的に言うと、ｐｃ＝ｐ／Ｃｃであり、式中、Ｃｃは角度効果補正係数（例えば、行列形式）で、これはｃｏｓ３（θ）の項と開口コリメーション効果の項を含む１若しくはそれ以上の要因を説明する滑らかな関数である。ここで、角度θは、コリメータ上の１点（通常コリメータの中心）を通過して検出器のピクセルに当たる光子の入射経路の、コリメータ頂面の法線方向である垂直方向Ｚに対する角度である。また、＊および
Figure 2022520977000014
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
Figure 2022520977000015
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。
式（５）は、対象とコリメータ、例えばコリメータ１２２との間の距離よりも厚みが著しく小さい薄い撮像対象に適している。それよりも厚い対象の場合は、３次元（３Ｄ）の方法が使用される。例えば、距離ｚ（前記検出器が位置する平面から対象までの距離として測定される）における対象画像は、次式を使って推定できる。
Figure 2022520977000016
 若干異なる式を使っても、前記対象について推定できる。
Figure 2022520977000017
 式中、
Figure 2022520977000018
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。
一実施形態において、画像再構成方法は、対象画像をより小さい領域に分割できるものである。例えば、高さｚでの対象平面は、ｎ×ｎの小領域ｆｉ（ｚ），ｉ＝１，．．．，ｎ２に分割できる。ｉ番目の領域については、その領域の中心角効果補正係数ＣＣｉがコリメーションの中心として領域の中心をとって計算された。次いで、順投影工程では、現在推定される画像平面から投影への寄与ｐｒ（ｚ）が計算された。より具体的にいうと、最初に式（５－２）で定式化した
Figure 2022520977000019
が、次式で計算される。
Figure 2022520977000020
 式中、ＣＣｉは、ｉ番目の領域の角度効果補正係数、ＣＣｉ＝ＣＣ（ｘ－ｘｃｉ，ｙ－ｙｃｉ）であり、ｘｃｉ、ｙｃｉは、ｉ番目の領域内の点のｘおよびｙ座標で、通常、
Figure 2022520977000021
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。
Figure 2022520977000022
 若干異なる式を使っても、前記対象について推定できる。
Figure 2022520977000023
 なお、式（６－１）および（６－２）の双方では、式（５）のｐｃの代わりに、元の測定された画像、ｐが使用されていることに注意すべきである。
上述のコリメータ行列ｈでは、前記記録された信号ｐは、前記コリメータの開口部を通過できる光子だけを反映していると仮定している。実際には、他の経路からの信号が存在する。例えば、光子は、かなり低いがゼロよりは大きな率で、金属プレートを透過できる。例えば、タングステン製の１ｍｍ厚のプレートの場合、１４０ＫｅＶエネルギーの光子の３％未満が透過できる。また、前記検出器には、信号に寄与するランダムな熱的または電気的事象、例えば暗電流が生じる。そのため、ｐｒの完全な計算は、前記孔以外の経路を経由する信号の計算を含むことになる。いずれにせよ、孔を通過する光子からの信号は信号全体の著しい部分を占め、主要な関心成分であり、他の経路からの信号を最小限に抑える工程、例えばプレートを厚くして透過率を軽減するなどを実施できる。
上記の式（５）および（６）は、小型マスクを仮定した場合に、より正確であり、これは検出器サイズが符号化開口マスクのサイズより著しく大きいことを意味する。ただし、多くの場合、検出感度を高めるため、より大きいマスクが使われる。そのため、小型マスク仮定は必ずしも現実にそぐわず、画像再構成の結果が損なわれる。
この問題を緩和しながら小型マスク仮定を近似するには、任意選択的にコリメータ行列ｈで表されるマスクを小領域に分割して各領域が小型マスク近似要件を十分満たすようにすることで、画像再構成法をさらに改善できる。その後、各コリメータ領域を通過する順投影が計算される。前記コリメータ領域に関する中心角補正も、各順投影に適用されて調整が行われる。各領域を通過する順投影が、次いで全体的な順投影として合計される。例えば、コリメータは、ｎ個の小領域ｈｉ（ｚ），ｉ＝１，．．．，ｎに分割できる。領域ごとに、任意選択でコリメーションの中心として前記領域の中心をとることにより、その領域に適した中心角効果補正係数ＣＣｉが計算された（ここで、角度θは、このコリメータ領域の１点（通常この領域の中心点）を通過して検出器のピクセルに当たる光子の入射経路の、コリメータ頂面の法線方向である垂直方向Ｚに対する角度である）。次いで、順投影工程では、現在推定される画像平面から投影への寄与がｐｒ（ｚ）として計算された。より具体的にいうと、最初に式（６）で定式化した
Figure 2022520977000024
が、次式で計算される。
Figure 2022520977000025
 式中、
Figure 2022520977000026
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
Figure 2022520977000027
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、
Figure 2022520977000028
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。
図３Ａおよび３Ｂは、例示的なコリメータ１０４の上面図とそれに対応する行列ｈをそれぞれ例示したものである。図３Ａに例示した特定のコリメータは、ＭＵＲＡ １１ ＮＴＨＴ（ｎｏ－ｔｗｏ－ｈｏｌｅｓ－ｔｏｕｃｈｉｎｇ：接触しあう孔なし）パターンである。ＮＴＨＴパターンは基本パターンの拡張で、基本パターンに対し、隣接しあう２行ごとにすべてゼロの行が挿入され、隣接しあう２列ごとにすべてゼロの列が挿入される。その結果、孔間の最小距離が、孔サイズの少なくとも２倍になる。図３Ａの黒いドットは、前記コリメータ１０４の孔を表し、図３Ｂの行列の「１」に対応する。図３Ｂの行列には、図３Ａの孔に対するすべてゼロの列が右側にあり、これはＭＵＲＡ １１パターンの一部である。破線は、式（７）に使用できる４つの領域にコリメータ１０４を分割する態様を示す。この具体例では、コリメータ１０４が２×２の領域に分割されている。また、この図示した実施形態では、分割後、各孔が唯一の領域に属し、すべての孔を有する領域はないことに注意すべきである。分割は２×２の領域に限定されるものではない。あるいは、コリメータ１０４は、任意の適切な数の領域、例えばａ×ｂの領域に分割でき、その場合、ｂは任意の適切な整数を表し、すべての開口部はこれら領域に分割され、一部の実施形態では１より多くの領域に現れる開口部はない。さらに、一部の実施形態では、ａがｂと等しい場合がある（ａ＝ｂ）。一部の代替実施形態では、ａがｂと等しくない場合がある（ａ≠ｂ）。図３Ａでは、「＋」マークがコリメータ１０４上に示されて、各領域のＣｃｉの計算に使用される位置（ｘｃｉ，ｙｃｉ）を表している。例示した実施形態において、位置（ｘｃｉ，ｙｃｉ）には、各領域の中心が選択される。
図４Ａ～４Ｃは、コリメータの領域を分割する種々の実施形態を例示したものである。図４Ａ～４Ｃでは、コリメータの孔は簡潔性のため省略されている。各領域は、個別に独自の形状とサイズを有することができる。一部の実施形態において、各領域は隣接するどの領域ともオーバーラップしない。一部の実施形態では、２若しくはそれ以上の領域が、例えば分割工程を単純化するために、計算の正確度が要件を満たす範囲内で、オーバーラップする場合がある。図４Ａでは、各領域が六角形状および同じサイズを有している。図４Ｂの領域は、サイズの異なる正方形と長方形の組み合わせである。さらに、領域は隣接する領域に対して当接し、または分離されている。図４Ｃは、互いに離間された円形の領域を示している。一部の実施形態では、各領域が凸形状を有する（１８０度より大きい内角はない）。一部の実施形態では、各領域が少なくとも１つの孔を有する。領域に孔がない場合、または視野から実質的に放射が入ってこない孔しかない場合、その領域は、前記計算にほとんど若しくはまったく寄与しないため、無視できる。しかし、各領域が同じ数の孔を有する必要はない。他より多くの孔を有する領域、またはその逆の領域があってもよい。さらに、同じ領域内の孔は同じ形状を有してよいが、領域間では異なってもよい。例えば、図４Ｂの正方形の領域内の孔は円形とし、図４Ｂの長方形の領域内の孔は正方形とすることもできる。一実施形態において、領域のうち１若しくはそれ以上における孔は、符号化開口パターン、例えばＭＵＲＡパターンを形成する。諸領域は異なるサイズであってよく、領域の符号化開口パターンは異なるサイズ、形状、または配向であってよい。さらに、同じ領域内の孔は同じサイズを有してよいが、領域間では異なってもよい。一実施形態において、中心領域内の孔サイズは、より大きく（受光角をより広く）でき、周辺領域へ向かうに伴い小さくなる。異なる孔サイズを有する領域は、対応する角度効果補正係数Ｃｃｉも異なる関数を有し、したがって上述のように、異なる値を有する。すなわち、Ｃｃｉは一定ではなく、領域によって異なる。一部の実施形態では、改良のため、同じ領域内であっても異なるサイズおよび／または形状の孔があってよい。そのような領域のＣｃｉの計算は、まず異なる孔サイズおよび／または形状に対応した異なる関数を計算したのち、それら異なる関数の平均をＣｃｉ値として計算する工程を含むことができる。一例として、前記平均の計算は、各関数を、それに対応した孔の合計孔数に対する割合に基づいて、加重したのち、前記加重した関数を合計する工程を含むことができる。
なお、式（７）におけるｐｒの計算は、他の要素、例えば侵入およびバックグラウンド・ノイズを含みうることは注意に値する。ただし、上記の式の寄与がｐｒの主要成分であり、信号強度の半分を超える。畳み込みと相関は鏡像演算（ｍｉｒｒｏｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ）であるため、計算には、各順投影から逆投影を計算する次式を使用できる。
Figure 2022520977000029
 式中、
Figure 2022520977000030
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。
Figure 2022520977000031
 または
Figure 2022520977000032
 式（７－２）または（７－３）のいずれも、前記測定された画像ｐと順投影の比較と見なすことができる。逆投影計算用の式（７－１）で使用されるｈの分割は、順投影計算用の式（７）で使用されるｈの分割と同じであっても、そうでなくてもよい。例えば、逆投影の計算では、各順投影の計算用に分割する場合よりも、ｈを多くの領域に分割できる。あるいは、逆投影の計算では、各順投影の計算用に分割する場合と比べて、ｈを異なる形状の領域に分割できる。一例では、周波数領域について式（７－１）と等価な式を使って計算を行える。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ｈｉを式（７－１）から省略することができる。
なお、この方法は、
Figure 2022520977000033
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。
Figure 2022520977000034
 ｑ（ｚ）の値は、
Figure 2022520977000035
を計算する前に、まず正規化できる。
なお、順投影は、他の応用、例えばシミュレーション、すなわち所与の若しくは仮想対象についてシミュレートした投影を生成する場合にも使用できることは注意に値し、それらの計算も（７）で行える。ｈの分割は、全反復について同じでなくてもよい。分割する領域ｈの数については、再構成後の画質と計算スピードの二律相反を考慮する。分割した領域は非常に小さくでき、孔を１つしか含まない場合もある。領域を小さくして孔を減らすと、小角度の近似により近づき精度も高まるが計算速度が下がる一方、領域を大きくして孔を増やすと、計算速度は高まるが画質が落ちる。領域ｈｉが小さいほど、通常、より正確になるが、計算の複雑度も上がる。そのため、はじめは計算を速めるため分割を粗くして（少ない領域で）始め、反復が進むとともに分割を細かく（領域を増やして）していける。
ＳＰＥＣＴ撮像では、対象（例えば、患者１５０）の周囲でカメラを回転させ、異なる角度から複数の平面画像が取得される。コリメーションに符号化開口マスクが使用される場合は、例えば、式（６）および（７）を適用して、１つの平面画像から２Ｄまたは３Ｄ画像が再構成可能である。なお、式（６）および（７）では、１つの平面画像を表すｐまたはｐｃが使われるが、これは取得された平面画像を１つ使ってｆが推定されることを意味する。式（４）、（５）～（５－２）の反復は、すべて次のように単純化できる。
Figure 2022520977000036
 式中、ｑｊはｆ（ｚ）のｊ番目の要素に関する更新係数である。
本発明では、１より多くの取得された平面画像を使って対象画像を再構成する方法も示しており、前記平面画像は、異なる角度から、または対象から異なる距離で、またはコリメータから検出器まで異なる距離で、カメラ（検出器）または対象をシフト、傾斜させて、または上記を２若しくはそれ以上を組み合わせて、取得できる。画像の再構成にはより多くのデータが使用されるため、正確さおよび信号対雑音比が高まる。１より多くの取得された平面画像が使われる場合、前記更新係数は次のようになる。
Figure 2022520977000037
 または
Figure 2022520977000038
 式中、Ｔは使用される射影の数、ｍは正数、ｑｊ（ｚ，ｔ）は、取得されたｔ番目の画像だけを使って本発明で示す方法により計算されるｆ（ｚ）の要素ｊの更新係数である。なお、座標系ｑｊ（ｚ，ｔ）の下位にあるグリッドが互いに異なる（すなわち異なるｔについて）場合は、それらすべてが同じグリッド上で定義されるよう内挿および／または回転／反転（フリップ）を行えることに注意すべきである。
この方法の一実施形態の特殊なケースは、２つの逆向き投影を使ってｆを更新する場合である。そのようなシナリオでは、３Ｄ画像のスライスはＸＹ平面にあり、どちらの取得位置でも検出器の表面に平行であるため、式（９）または（１０）の計算には軸反転のみ必要とされ、回転計算は不要である。多数の臨床ＳＰＥＣＴシステムでは対向位置に取り付けられた２つのカメラを採用し、２つの逆向き投影が同時に取得されるため、この実施形態には、２つの逆向き投影のペアを取得しながら処理し、データフローを効率化するという利点がある。この方法の一実施形態の特殊なケースは、２つの逆向き投影（画像は１８０度離して取得される）、および直前の２つの逆向き投影に垂直な２つの投影を使ってｆを更新する場合である。３Ｄ画像のスライスは検出器の表面に平行であるため、これら直交投影の軸は、軸の順列の一部に位置合わせされ、式（９）または（１０）の計算に回転計算は不要である。
ここで図５を参照すると、コリメータおよび検出器ベースの医用画像処理システムのための画像再構成用の方法５００のフローチャートが、本開示の種々の態様に基づいて例示されている。方法５００は、単なる例であり、この方法５００の明示的な例示内容により本開示を限定することを目的としたものではない。この方法５００の前、実施中、および後には付加的な工程を提供でき、説明する工程の一部を置換、排除、または移動して、本方法の付加的な実施形態とすることが可能である。以下、図１～４を参照して前記方法５００を説明する。
工程５１０では、対象（例えば、患者１５０）および撮像装置（例えば、撮像装置１００）が提供される。その撮像装置は、コリメータ（例えば、コリメータ１０４）および検出器（例えば、検出器１０２）を含む。前記コリメータは、前記対象と前記検出器間に配置される。工程５２０では、前記対象から発せられた光子を、前記コリメータがフィルタリングし、前記検出器に到達した光子から測定された画像を、前記検出器が取得する。前記撮像装置は、前記対象の周囲で回転し、複数の角度から測定された複数の画像を取得することができる。一例において、前記撮像装置は、患者１５０の周囲で０°、９０°、１８０°、２７０°の角度から測定された画像を取得する。
工程５３０では、反復工程の出発点として、対象画像
Figure 2022520977000039
の初期推定値が提供される。適切な初期推定値は、
Figure 2022520977000040
、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
Figure 2022520977000041
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。
当該方法５００は、次に工程５４０へ進んで反復工程を開始する。この反復工程（工程５５０～５８０も含む）は、前記コンピュータシステム１３０、例えば前記画像プロセッサ１３４により実行できる。工程５４０では、前記コリメータが複数の領域に分割される。各領域は、少なくとも１つの孔を有する。前記コリメータに対応する行列も、適宜分割される。
工程５５０において、当該方法５００は、対象画像の推定値と、各領域を表す分割された行列とから、例えば種々の実施形態では式（７）を使った畳み込みまたは式（７－４）を使ったＭＬＥＭ法で、順投影を計算する。また、その順投影は、各領域の１または複数の角度効果補正係数により調整され、前記補正係数は、ｃｏｓ３（θ）項と開口コリメーション効果の項とを含む。
工程５６０において、当該方法５００は、例えば式（７－１）で説明した相関演算を使って、直前の工程から得られた順投影から逆投影を計算する。また、その逆投影は、各領域の角度効果補正係数により調整され、前記補正係数は、ｃｏｓ３（θ）項を含む。逆投影の計算では、各順投影で使用された分割と同じ分割を使用でき、あるいは、異なる分割、例えば異なる数および／または形状の領域を使用できる。工程５６０は、さらに、中間工程段階、例えば式（７－２）および（７－３）でｐとｐｒ（ｚ）を使ったｒ（ｚ）の計算を含むことができる。さらに、ｒ（ｚ）は、異なるグリッドサイズに内挿できる。次に、ｒ（ｚ）を使って逆投影を計算する。
工程５７０において、当該方法５００は、例えば式（８）を使って、直前の工程からの逆投影を使って対象画像を再構成する。方法５００は、次いで、例えば所定の反復工程段階により、または連続した反復間でのｆの差が所定の閾値（例えば、＜０．５％）未満になった場合に、反復が終了可能かどうかを決定する。反復が終了しない場合は、
Figure 2022520977000042
が工程５４０への入力として次の反復に使用され、
Figure 2022520977000043
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）。
コリメータを複数の領域に分割し、各領域に関連付けられた順および逆投影を計算すると、新規性のあるコリメータデザインの可能性がもたらされる。一例において、コリメータは行列形態ｈで表され、その要素の７０％未満が１である。より具体的にいうと、例えば一般的な符号化開口コリメータ、例えばＵＲＡおよびＭＵＲＡアレイのものの場合、１の数は総要素数の５０％未満である。例示的なコリメータデザインを図６に例示する。上記のように、コリメータは、複数の孔、例えば貫通孔がある金属プレートと見なすことができる。図６では、黒い点が孔を表す。従来の符号化開口設計では、コリメータ全体の孔が１つの特定のコード化されたパターン、例えばＵＲＡアレイまたはＭＵＲＡアレイを形成する。それと比べて図６のコリメータは複数の領域（または群）に分割されており（例えば、領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、およびＩＶ）、各領域の貫通孔は、それら自体個別に、これに限定されるものではないが、ＵＲＡアレイ、ＭＵＲＡアレイ、ランダムアレイ、疑似ランダムアレイを含む符号化開口パターンを形成する。特定の一実施形態では、各領域がＵＲＡアレイまたはＭＵＲＡアレイのどちらか一方から選択される一意のパターンを有する。そのパターンは全群で同じでなくてよく、孔のサイズと形状も異なってよく、または個々の群における孔の行または列の配向は異なるものであってよい。一領域の配向が異なる例示的なコリメータを図７に例示する。図７では、領域ＩＩ、ＩＩＩ、およびＩＶと比べ、領域Ｉのパターンは、当該コリメータの頂面の法線方向に対し、ある配向を有する。この配向は角度βで示されている。種々の実施形態において、この角度βは約５度から約８５度の範囲、例えば４５度にできる。その孔は、当該コリメータのメッシュグリッドの入射点（ｌａｎｄｉｎｇ）と見なせる。一部の実施形態では、１つの領域のグリッドは他の領域のグリッドと異なってよい。例えば、１つの領域は、他より大きい、または逆に小さいグリッドサイズを有することができる。図７に例示したコリメータは、領域Ｉで他と異なるグリッドを有すると見なすこともできる。図６および７に例示したコリメータは、４つの符号化開口パターン群を有するが、種々の実施形態において、コリメータは、他の群数、例えば２、３、または４より多くの群を有することができる。特定の例において、コリメータは９つの符号化開口パターン群を３×３アレイで有することができる。
同じプレート上の異なる群の孔は、異なるサイズおよび異なる形状にできる。さらに、同じ群内の孔は、異なるサイズおよび異なる形状にできる。入射角θ（図２Ｂ）は、一般に孔のサイズと長さにより定義されるため、同じコリメータの異なる孔は異なる入射角を有するようにできる。一部の実施形態において、すべての孔のうち最小の入射角θは少なくとも１０°であり、例えば具体例の一部では少なくとも１５°で、ＦＯＶが広がるという利点を有する。各群のＦＯＶは、同じプレートの少なくとも１つの他の群とオーバーラップしてよい（設計された撮像範囲内で：通常、ＦＯＶは、コリメータまたは開口部から遠ざかるほど大きくなる）。一部の実施形態において、群間の距離（２つの異なる群内での最小孔間距離）は、各群内での最小孔間距離より大きく、各群内での最小孔間距離の２倍を超える場合もあり、例えば各群内での最小孔間距離の少なくとも２．５倍となる。一実施形態において、各群内での最小孔間距離は、孔サイズの２倍未満である。孔のサイズは、その孔を完全に覆える最小の正方形のサイズと定義される。孔間の距離は、１つの孔の中心から隣接する孔の中心までの距離により定義されるピッチである。一部の実施形態において、孔の数は３０より大きくできる。例えば、各領域には、ＭＵＲＡ ５、７、１１、１３、１７、１９および２３パターンで、１２、２４、６０、８４、１４４、１８０、および２６４のいずれかの孔があってよい。他の一部の実施形態において、コリメータマスクは、２×２形態で構成された４つの同一のＭＵＲＡ符号化開口パターンのモザイクを有することができ、その場合、異なる群間の隣接しあう孔の間隔が、同じ群内の孔間隔と同じである。前記４つのパターンは、サイズ、形状、および配向が同一である。本発明で示す再構成方法は、２×２分割を含む孔の群分割により、このタイプのコリメータにも適用可能である。さらに、一部の実施形態において、コリメータの孔密度は５０％未満で、通常は３５％または３０％未満である。また、一部の実施形態において、コリメータの孔密度は２％より高く、通常は５％または７．５％より高い。コリメータの孔密度は、孔の総面積（開口部の合計）を、すべての孔を取り囲むことのできる最小の凸多角形の面積で割ったものと定義される。直線状の貫通孔以外の孔形状、例えばナイフエッジまたはチャネルエッジ孔の場合は、孔面積が最小になる部分が総孔面積の計算に使用される。同様に、一部の実施形態において、各領域の孔密度は５０％未満で、通常は３５％または３０％未満である。また、一部の実施形態において、各領域の孔密度は２％より高く、通常は５％または７．５％より高い。領域内の孔密度は、その領域内の孔の総面積（開口部の合計）を、その領域内の全孔を取り囲むことのできる最小の凸多角形の面積で割ったものと定義される。同様に、直線状の貫通孔以外の孔形状、例えばナイフエッジまたはチャネルエッジ孔の場合は、孔面積が最小になる部分が総孔面積の計算に使用される。
本発明では、計算の複雑さを大幅に軽減できるようにする多重解像度（またはマルチスケール）方式を統合する方法も示している。多重解像度は、画像処理、解析、および再構成に関係した効果的な戦略である。要約すると、この工程は低解像度で始まり、工程の進行とともに、より高解像度へと進んでいく。
ここで図８を参照すると、対象の測定画像の多重解像度方式に基づいた医用画像処理システムのための画像再構成用の方法６００のフローチャートが、本開示の種々の態様に基づいて例示されている。方法６００は、単なる例であり、この方法６００の明示的な例示内容により本開示を限定することを目的としたものではない。この方法６００の前、実施中、および後には付加的な工程を提供でき、説明する工程の一部を置換、排除、または移動して、本方法の付加的な実施形態とすることが可能である。工程５１０では、少なくとも１つのコリメータおよび少なくとも１つの検出器を含む撮像装置が提供される。前記コリメータは、対象と前記検出器間に配置される。工程５２０′では、前記対象から発せられた光子（例えば、近接場放射）を、前記コリメータがフィルタリングし、前記検出器に到達した光子から測定された画像を、前記検出器が取得する。方法５００の工程５２０とは異なり、工程５２０′では、元の測定値から種々の解像度で一連の測定値を生成する。通常、これはローパスフィルターを元の測定値に適用したのち、それをダウンサンプリングしてデータサイズ（次元）を低減することにより行われる。次いで、この多重解像度方法６００は、解像度またはスケールが最低の測定値から対象の画像を再構成する工程５３０～５７０へと進む。次に、前記再構成された画像を初期推定値として使って、より高解像度の別の測定値から前記対象の別の画像を再構成する。工程５３０は、対象画像の推定値の解像度を、選択された測定解像度に合った異なるレベルに調整する工程を含むこともできる。例えば、工程５３０は、直前の解像度レベルから次の解像度レベルへの、アップサンプリングまたはダウンサンプリングによる、推定された対象画像の解像度変換を含むことができる。工程５４０、５５０、５６０、および５７０は、図５の前記方法５００を参照して上述した内容と実質的に同様であり、各々の説明は、簡潔化のため省略する。当該方法６００は、元の解像度の測定値を使って対象の画像が再構成されるまで、前記工程を反復できる。一部の実施形態において、当該方法６００は、前記元の解像度の測定値より低い若しくは高い解像度を使って対象の画像が再構成されるまで、前記工程を反復できる。低解像度の画像および測定値は、通常、小さい次元（小さい行列サイズ）を有するため、これにより計算の複雑さが著しく低減されて、より高速な収束が可能になり、極小値を回避するうえで役立つ。
前記元の測定値を使って種々の解像度で一連の測定画像を生成することに加え、前記対象画像の推定値を使って、多重解像度方式を使った画像再構成用に種々の解像度で一連の投影を生成することもできる。ここで図９を参照すると、対象の推定値の多重解像度方式に基づいた医用画像処理システムのための画像再構成用の方法７００のフローチャートが、本開示の種々の態様に基づいて例示されている。方法７００は、単なる例であり、この方法７００の明示的な例示内容により本開示を限定することを目的としたものではない。この方法７００の前、実施中、および後には付加的な工程を提供でき、説明する工程の一部を置換、排除、または移動して、本方法の付加的な実施形態とすることが可能である。工程５１０では、少なくとも１つのコリメータおよび少なくとも１つの検出器を含む撮像装置が提供される。前記コリメータは、対象と前記検出器間に配置される。工程５２０では、前記対象から発せられた光子を、前記コリメータがフィルタリングし、前記検出器に到達した光子から測定された画像を、前記検出器が取得する。工程５３０′では、反復工程の出発点として、対象画像の推定値が提供される。方法５００の工程５３０とは異なり、工程５３０′は低解像度を推定することから始まり、それをより解像度の高い別の推定値で置き換えていく。例えば、これは任意選択的にローパスフィルターを元の推定値に適用したのち、それをダウンサンプリングしてデータサイズ（次元）を低減することにより行われる。次いで、この多重解像度方法７００は、解像度またはスケールが最低の推定値に基づいて対象の画像を再構成するにあたり、工程５４０～５７０へと進む。次に、前記再構成された画像を初期推定値として使って、前記対象の別の画像を再構成する。工程５４０、５５０、５６０、および５７０は、図５の前記方法５００を参照して上述した内容と実質的に同様であり、各々の説明は、簡潔化のため省略する。この反復により、直前の解像度レベルから推定された対象画像が生成され、それが、例えばアップサンプリングにより、次の解像度レベルに変換されて、工程５３０′のための新たな対象画像の推定値として使用される。当該方法７００は、最高の解像度の測定値を使って対象の画像が再構成されるまで、前記工程を反復する。特定の一実施形態において、工程５３０′は、６ｍｍ解像度での対象画像の初期推定から始まり、次いで新規計算ラウンドの初期推定値として２ｍｍ解像度で再構成された画像が使用され、解像度が１ｍｍに下がるまで続く。低解像度の推定値は、通常、小さい次元（小さい行列サイズ）を有するため、これにより計算の複雑さが著しく低減されて、より高速な収束が可能になり、極小値を回避するうえで役立つ。
さらに、デザインに応じて、コリメータは、複数レベルの開口パターン、例えば低解像度の第１レベルの開口パターンおよび高解像度の第２レベルの開口パターンを提供できる。そのようなコリメータ実施形態の例示については、図１１および１２に関連して以下でさらに詳しく説明する。ここで図１０を参照すると、コリメータにより提供される開口部アパーチャを伴う多重解像度方式に基づいたコリメータおよび検出器ベースの医用画像処理システムのための画像再構成用の方法８００のフローチャートが、本開示の種々の態様に基づいて例示されている。方法８００は、単なる例であり、この方法８００の明示的な例示内容により本開示を限定することを目的としたものではない。この方法８００の前、実施中、および後には付加的な工程を提供でき、説明する工程の一部を置換、排除、または移動して、本方法の付加的な実施形態とすることが可能である。工程５１０では、少なくとも１つのコリメータおよび少なくとも１つの検出器を含む撮像装置が提供される。前記コリメータは、対象と前記検出器間に配置される。工程５２０では、前記対象から発せられた光子を、前記コリメータがフィルタリングし、前記検出器に到達した光子から測定された画像を、前記検出器が取得する。工程５３０では、反復工程の出発点として、対象画像の推定値が提供される。工程５３５において、当該方法８００は、低解像度のコリメータとして、第１のレベルの開口パターンを選択する。次いで、この多重解像度方法８００は、前記低解像度のコリメータから対象の画像を再構成するにあたり、工程５４０～５７０へと進む。次に、前記再構成された画像を初期推定値として使って、高解像度のコリメータとしての第２のレベルの開口パターンから前記対象の他の画像を再構成する。工程５４０、５５０、５６０、および５７０は、異なる解像度レベルでのコリメータ分割を含めて、図５の前記方法５００を参照して上述した内容と実質的に同様であり、各々の説明は、簡潔化のため省略する。一部の実施形態において、前記順投影工程５５０および前記逆投影工程５６０は、孔群に関する角度効果補正の合計または平均値の使用を伴う。当該方法８００では、異なる解像度レベルでの操作を行って前記工程を反復し、すなわち、最高解像度のコリメータの開口パターンが対象画像の再構成に使用されるまで、測定された投影画像、推定された対象画像、および対応する解像度レベルのコリメータパターンを使用する。低解像度のコリメータは、より小さい行列サイズを提供するため、これにより計算の複雑さが著しく低減されて、より高速な収束が可能になり、極小値を回避するうえで役立つ。
一部の実施形態において、画像再構成方法は、種々の解像度またはスケールにおける対象の測定および推定と、異なる解像度における異なるレベルのコリメータ開口パターンとを含む、２つまたは３つの多重解像度方式を使用する工程を含むことができ、これにより高速な収束を実現する柔軟性をもたらす。
複数レベルの開口パターンを備えた例示的なコリメータデザインを、図１１Ａに例示する。上記のように、コリメータは、複数の孔がある金属プレートと見なすことができる。図１１Ａでは、白いブロックが孔を表す。例示した実施形態において、前記コリメータは１５×１５の開口パターンを有する。このコリメータは、複数の群で配置された孔を有する（例えば、白い点線で印を付けた５×５の群）。前記群は、孔を有しても有さなくてもよく、孔の有無はそれぞれ１または０で表される。図１１Ｂに示すように、１で表される各群は、３×３アレイに構成された４つの孔を有することができるが、異なる数の孔を有してもよく、これら群内の孔数は異なってもよい。例示した実施形態では、各群の貫通孔が符号化開口パターンを形成し、前記符号化開口パターンは、これに限定されるものではないが、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を含む。特定の一実施形態では、各領域がＵＲＡアレイまたはＭＵＲＡアレイのどちらか一方から選択される一意のパターンを有する。図１１Ｂでは、前記３×３アレイがＭＵＲＡ３×３アレイを形成している。さらに、一部の実施形態では、（複数の）群が１より多くのパターンを有する場合がある。例えば、他の群と異なるパターンを有する少なくとも１つの群、例えば孔数が異なる、列または行の数が異なる、および／または符号化開口パターンが異なるアレイがあってよい。図１１Ａ～Ｂにも示すように、前記孔は正方形としてよく、または円形にもできるが、他の形状、例えば六角形、三角形、卵形、長方形などにも形成できる。例示した孔はすべて同じ形状（すなわち、正方形または円形のどちらか）で、すべて同じサイズである。しかし、本発明の一実施形態に係るコリメータでは、いくつかの群が１つの孔形状（例えば、正方形）を伴い、他の群が異なる孔形状（例えば、円形）を伴うようにできる。さらに、前記孔の断面は群間で異なるようにできる。例えば、断面の異なる孔としては、直線状の孔、ナイフエッジ孔、および／またはチャネルエッジ孔などがある。また、孔のサイズは１つの群と別の群で異なるようにできる（これにより、より小さい孔を有する群が、任意選択的に、その群内でより多くの孔を有しうる可能性がもたらされる）。さらに、１若しくはそれ以上の群内の孔は、サイズ、形状、および／または空間的配向が互いに異なるようにできる。本発明の一実施形態に係るコリメータであって、孔が、形状、サイズ、および中心性について、群内で均一で、群間でも均一なコリメータを作製し使用するほうが容易な場合もある。ただし、一部の応用では、異なる孔の形状、サイズ、および／または中心性／配向を有することが有益な場合もあり、例えば、周囲または付近の組織と異なる特定の関心器官または領域からの光子を受容することが望ましい特殊用途のためにコリメータが設計される場合である。また、上記のように、一部の検出器構成では（例えば、不均一なピクセルの分布、形状、またはサイズ）、一部の撮像手続き、および／または一部の再構成／較正方式またはアルゴリズム（例えば、差分光子の受容を利用したもの）が、群内および／または群間での不均一な孔の形状、サイズ、および／または中心性／配向の使用に特に適している場合もある。
各孔を個別のピクセルと見なすと、コリメータは１５×１５の開口パターンを提供し、これは図１１Ａに示した高解像度の開口パターンに対応する。あるいは、図１１Ｃに示すように各群を個別のピクセルと見なすと、複数の群は５×５の符号化開口パターンを提供し、低解像度の開口パターンに対応するが、この場合、各群は１または０のどちらか一方で表される。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１つであってよい。例示した実施形態において、前記５×５の符号化開口パターンは、ＭＵＲＡ ５×５アレイにできる。このように、単一のコリメータ、例えば図１１Ａに例示したものは、２つのレベルの解像度を提供する。そのため、多重解像度の画像再構成演算、例えば図１０に関連して上述した方法８００において、多重解像度方式は、より粗い低解像度の開口パターンから始めて（例えば、図１１ＣのＭＵＲＡ ５×５アレイ）、その後、より低レベルの高解像度開口パターンへと進化させていける（例えば、図１１Ａの１５×１５開口パターンが各群にＭＵＲＡ ３×３アレイを伴うもの）。符号化開口パターンを両レベルに有することで、構成された画像の空間解像度（空間分解能）、感度、および信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ：ＳＮＲ）が改善される。
図１１Ａ～Ｃで例示した実施形態において、（複数の）群により形成されたより高レベルの符号化開口パターン（例えば、ＭＵＲＡ ５×５アレイ）は、各群の符号化開口パターン（例えば、ＭＵＲＡ ３×３アレイ）とは異なる。一部の実施形態では、双方の符号化開口パターンを同じにしてよい。例えば、２５×２５の開口パターンを備えたコリメータは、ＭＵＲＡ ５×５アレイの孔を各群に備えた５×５の群を有することができる一方、各群の５×５アレイは、ＭＵＲＡ ５×５アレイをより高レベルで形成する。双方のＭＵＲＡ ５×５アレイは同じであってよい。あるいは、双方のＭＵＲＡ ５×５アレイを２つのレベルで異なるものにしてもよい。他の一部の実施形態において、より高レベルの符号化開口パターンは、各群の符号化開口パターンより大きく若しくは小さくできる。例えば、３５×３５の開口パターンを備えたコリメータは、ＭＵＲＡ ７×７アレイの孔を各群に備えた５×５の群を有することができる一方、各群の５×５アレイは、ＭＵＲＡ ５×５アレイ（すなわち、ＭＵＲＡ ７×７アレイより小さい）をより高レベルで形成する。本明細書で例示した特定サイズのＭＵＲＡアレイは、限定を意図したものではない。例えば、（複数の）群により形成された符号化開口パターンは、ＭＵＲＡ ５×５アレイ、ＭＵＲＡ ７×７アレイ、ＭＵＲＡ １１×１１アレイ、および他の適切なアレイの１つであってよい。各群により形成された符号化開口パターンは、ＭＵＲＡ ５×５アレイ、ＭＵＲＡ ７×７アレイ、ＭＵＲＡ １１×１１アレイ、および他の適切なアレイの１つであってよい。
図１１Ａ～Ｂで例示した実施形態において、各群は、同一の符号化開口パターンを有する（例えば、図１１Ｂの同じＭＵＲＡ ３×３アレイ）。本明細書において、２つの符号化開口パターンは、２つの群の各々の上面の孔が仮にシフトしたとき（回転することなく）互いにオーバーラップ可能な場合、同一であるという。一方の群の孔の位置構成が他方の群と異なる場合、または孔の寸法（例えば、孔の形状、サイズ／長さ、間隔、および／または断面）が２群間で異なる場合、それら２つの符号化開口パターンは、同一ではない若しくは異なるということができる。そのため、１若しくはそれ以上の群は、異なる開口パターン、例えば他の群の既存の開口パターンを変換したものを有することができる。図１２を参照すると、図１２Ａのコリメータの右下隅に位置する群は、他の群とは異なるパターン、すなわち他の群のＭＵＲＡ ３×３アレイを変換したものを有する。図１２Ｂは、いくつかの種類の変換、例えば転置演算（例えば、行が列になる）、回転演算（例えば、反時計回りに９０°回転）、およびシフト演算（例えば、中間の列のシフトで第１の列が最後の列になる）を例示したものである。その他の変換としては、反転演算（例えば、正面側が裏面側になる）などもある。前記変換された符号化開口パターンを伴う１若しくはそれ以上の群は、前記コリメータの任意の場所、例えば縁部および中央に配置でき、角（隅）に限定されるものではない。このような構成は、周囲または付近の組織と異なる特定の関心器官または領域からの光子を受容することが望ましい特殊な用途に適している。
限定は意図していないが、本開示の１若しくはそれ以上の実施形態は、対象、例えば患者の分子イメージングに多数の利点を提供する。例えば、前記画像再構成方法は、小型マスク仮定を満たさない比較的大きいコリメータが使用される場合も、撮像感度および解像度を高める。したがって、システム性能が改善される。
以上、本開示の態様について当業者の理解が深まるよう、いくつかの実施形態の特徴を概説した。当業者であれば、本明細書で導入した実施形態と同じ目的を実行し、および／または本明細書で紹介した実施形態と同じ利点を実現する他の工程および構造を設計または修正する基礎として、本開示内容を容易に利用できることが理解されるであろう。また当業者であれば、そのような等価構造が本開示の要旨を逸脱しないこと、また本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形形態、置換形態、および修正形態が可能であることが理解されるであろう。そのため、添付の請求項は、本開示と一貫した態様で広義に解釈することが適切である。
１０...撮像システム
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
コリメータは、光子経路を方向付ける装置である。光子が１若しくは複数の既知の光源位置から発せられるＸ線またはＣＴ診断とは異なり、分子イメージングでは、光子が対象者体内の未知の位置から発せられる。コリメータがないと、全方向からの光子がガンマ線検出器に記録されて、画像再構成が困難になりうる。そのため、画像を再構成できるよう、写真撮影用カメラでレンズが果たす役割と同様に、可能性のある光子経路への方向付け用にコリメータが使用される。
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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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