JP2023099308A - 医用画像処理方法、医用画像処理装置及び医用画像処理プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】欠損ビューの補正の精度を向上させること。【解決手段】医用画像処理方法は、被検体のコンピュータ断層撮影(Computed Tomography:CT)スキャンにおいて収集された複数のビューを含むスキャンデータを取得し、前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった欠損ビューに対応する複数のX線に対して少なくとも1つの相補的なX線を決定し、前記スキャンデータと、決定された前記少なくとも1つの相補的なX線とに基づいて、前記被検体の画像データを再構成する、ことを含む。【選択図】図1
Description
本明細書及び図面に開示の実施形態は、医用画像処理方法、医用画像処理装置及び医用画像処理プログラムに関する。
本開示は、コンピュータ断層撮影(Computed Tomography:CT)再構成において連続して欠損するビューを補う方法およびシステム(装置)に関し、一実施形態においては、欠損ビューを補間するために相補的な光線を利用することに関する。
X線コンピュータ断層撮影法(CT)において、CT画像は、X線が被検体を透過してX線検出器に照射中に被検体から得られる複数のビューから構成される。一般に、X線照射器とX線検出器が被検体の周りを円運動で移動されながら、様々な角度でビューが撮られる。また、一般に被検体は横臥しており、被検体が横臥している寝台を移動させることで、被検体のより広い部位をスキャンできる。寝台移動の結果として得られる被検体の動きとX線照射器/検出器の動きとによって、被検体のヘリカルスキャンが実現される。
ここで、CTスキャナは、スキャン中、対応するビューの、X線検出器に関連付けられたデータが信頼できないと決定する場合がある。このような場合、CTスキャナは、信頼できない期間中のビューのデータを「欠損」として扱う。
ここで、上記した欠損ビューを充填するため、画像再構成中に補間が適用される場合が多い。例えば、図19Aに示すように、CTスキャナの複数のチャネルについて、複数の連続した欠損ビュー1000(ビューの中央に黒いバーで描画されている)が得られるべきである。この場合、欠損ビューを補うために、例えば、図19Bに示すように、正しく得られた隣接するビューからのデータを使用して補間を行い、欠損ビューを「充填する」ことが可能である。しかしながら、欠損ビューの数が多い場合、補間、特に線形補間は、アーチファクトのない再構成画像を生成するには不十分なことが多い。
図20(A)は、「欠損」とみなされるビューがない、軟組織のスキャン中に得られたビューのすべてを使用して生成された、元の再構成画像を示す。図20(B)は、図20(A)のデータを使用するが、再構成画像が生成される前に複数の連続ビューを削除して欠損ビューをシミュレートすることによって生成された、テスト再構成画像を示す。図20(B)の丸で囲んだ部分から分かるように、結果として得られる画像は、元の図20(A)と比較して劣化(例えば、ストリーキング)が生じている。図20(C)は、図20(A)のデータを使用するが、複数の連続ビューを削除して欠損ビューをシミュレートすることによって生成された、テスト再構成画像を示す。ここで、図20(C)では、再構成画像を生成する前に、欠損ビューデータを充填するためにビューに対して線形補間が行われた。図20(C)の丸で囲んだ部分に見られるように、結果として得られる画像は、元の図20(A)と比較して劣化(例えば、ストリーキング)が生じている。
図21(A)は、「欠損」とみなされるビューがない、人間の肺の一部位のスキャン中に得られたビューのすべてを使用して生成された元の再構成画像を示す。図21(B)は、図21(A)のデータを使用するが、再構成画像が生成される前に複数の連続ビューを削除して欠損ビューをシミュレートすることによって生成された、テスト再構成画像を示す。図21(B)の丸で囲んだ部分から分かるように、結果として得られる画像は、元の図21(A)と比較して劣化(シェーディングを含む)が生じている。図21(C)は、図21(A)のデータを使用するが、複数の連続ビューを削除して欠損ビューをシミュレートすることによって生成された、テスト再構成画像を示す。ここで、図21(C)では、再構成画像を生成する前に、欠損ビューデータを充填するためにビューに対して線形補間が行われた。図21(C)から分かるように、結果として得られる画像は、元の図21(A)と比較して劣化(例えば、ストリーキング)が生じている。
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、欠損ビューの補正の精度を向上させることである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置付けることもできる。
実施形態に係る医用画像処理方法は、被検体のコンピュータ断層撮影(Computed Tomography:CT)スキャンにおいて収集された複数のビューを含むスキャンデータを取得し、前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった欠損ビューに対応する複数のX線に対して少なくとも1つの相補的なX線を決定し、前記スキャンデータと、決定された前記少なくとも1つの相補的なX線とに基づいて、前記被検体の画像データを再構成する、ことを含む。
本明細書に記載するように、方法、装置(システム)、およびプログラムは、コンピュータ断層撮影(CT)再構成における連続欠損ビューを補間する。具体的には、前のビューまたは後続ビューから少なくとも1つの相補的なX線を利用することによって、単数または複数の欠損ビューを充填することが可能である。複数の相補的なX線が存在する場合、X線の線形または非線形の組み合わせを使用して、欠損ビューを充填することが可能であり、組み合わせに使用される重みは、置換ビューの過剰強調を防ぐために平滑化されてもよい。
ここで図面を参照すると、同様の参照符号は複数の図を通して同一または対応する構成を示し、図1は、X線CT装置またはスキャナに含まれる放射線撮影ガントリーの実施形態を示す。図1に示すように、放射線撮影ガントリー100は、側面から示され、さらに、X線管101、環状フレーム102、多列または2次元アレイ型X線検出器103を備える。X線管101とX線検出器103は、回転軸RAを中心に回転可能に支持された環状フレーム102上の被検体OBJを挟んで径方向に取り付けられている。回転ユニット107は、被検体OBJが軸RAに沿って長手方向に紙面の奥または手前方向に移動している間、環状フレーム102を0.4秒/回転などの高速で回転させる。
なお、X線CT装置には、例えば、X線管とX線検出器がともに検査対象の被検体の周りを回転する回転/回転型、多くの検出素子がリング状または面状に配列され、X線管のみが検査対象の被検体の周りを回転する固定/回転型など、様々なタイプの装置がある。本実施形態は、いずれのタイプにも適用可能である。以下では、現在主流となっている回転/回転型を例示する。
マルチスライスX線CT装置は、X線管101がX線を発生するように、スリップリング108を介してX線管101に印加される管電圧を発生する高電圧発生器109をさらに含む。X線は、断面積が円で表される被検体OBJに向けて照射される。X線検出器103は、被検体OBJを透過した放出X線を検出するため、被検体OBJを挟んでX線管101と反対側に配置されている。X線検出器103は、個々の検出器素子またはモジュールをさらに備える。
X線CT装置は、X線検出器103からの検出信号を処理する他の装置をさらに備える。データ収集回路またはデータ取得システム(Data Acquisition System:DAS)104は、各チャネルのX線検出器103から出力された信号を電圧信号に変換し、その信号を増幅し、さらにデジタル信号に変換する。X線検出器103とDAS104は、1回転あたりの所定総投影数(Total Number of Projections per Rotation:TPPR)を処理するように構成される。TPPRの例としては、800TPPR、900TPPR、900~1800TPPR、900~3600TPPRが挙げられるが、これらに限定されない。
上記データは、非接触データ送信器105を介して、放射線撮影ガントリー100の外側のコンソールに収容された前処理装置106に送られる。前処理装置106は、生データに対して、感度補正などの一定の補正を行う。メモリ112は、再構成処理の直前の段階で、投影データとも呼ばれる結果データを格納する。メモリ112は、再構成装置114、入力装置115、ディスプレイ116とともに、データ/制御バス111を介してシステムコントローラ110に接続される。システムコントローラ110は、電流をCTシステムの駆動に十分なレベルに制限する電流レギュレータ113を制御する。
検出器は、様々な世代のCTスキャナシステムの中で、患者に対して回転および/または固定されている。一実施形態において、上記のCTシステムは、第3世代ジオメトリと第4世代ジオメトリを組み合わせたシステムの例とすることが可能である。第3世代システムでは、X線管101とX線検出器103は環状フレーム102に径方向に取り付けられており、環状フレーム102が回転軸RAを中心に回転することにより、被検体OBJの周囲を回転する。第4世代ジオメトリシステムでは、検出器が患者の周囲に固定配置され、X線管が患者の周囲を回転する。別の実施形態では、放射線撮影ガントリー100は、Cアームとスタンドによって支持される環状フレーム102に設置された複数の検出器を有する。
メモリ112は、X線検出器103におけるX線の照射量を表す測定値を格納することが可能である。さらに、メモリ112は、例えば、本明細書に記載するCT画像再構成方法300を実行する専用プログラムを格納することが可能である。
再構成装置114は、本明細書に記載のCT画像再構成方法300を実行することが可能である。さらに、再構成装置114は、必要に応じてボリュームレンダリング処理、画像差分処理などの再構成前処理の画像処理を実行することが可能である。前処理装置106が行う投影データの再構成前処理は、検出器較正、検出器非線形性、極性効果、ノイズバランス、および物質弁別を補正することを含むことが可能である。再構成装置114が行う再構成後処理は、必要に応じて、画像のフィルタリングおよび平滑化、ボリュームレンダリング処理、および画像差分処理を含むことが可能である。画像再構成処理は、フィルタードバックプロジェクション(Filtered Back-Projection:FBP)法、逐次近似画像再構成法、または確率的画像再構成法を用いて行うことが可能である。再構成装置114は、メモリ112を使用して、例えば、投影データ、再構成画像、較正データおよびパラメータ、ならびにコンピュータプログラムを格納することが可能である。
再構成装置114は、処理回路(例えば、離散論理ゲートとして、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA)または他のコンプレックスプログラマブルロジックデバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)として実装することが可能なCPU)を備えることが可能である。FPGAまたはCPLDの実装は、VHDL、Verilog、またはその他のハードウェア記述言語でコード化されてもよく、コードはFPGAまたはCPLD内の電子メモリに直接、または別の電子メモリとして格納されてもよい。さらに、メモリ112は、ROM、EPROM、EEPROMまたはフラッシュメモリなどの不揮発性にすることが可能である。メモリ112はまた、スタティックRAMまたはダイナミックRAMなどの揮発性にすることが可能であり、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサなどのプロセッサを設けて、電子メモリを管理するとともに、FPGAまたはCPLDとメモリとの間の相互作用を管理することも可能である。
また、再構成装置114内の処理回路(例えば、CPU)は、本明細書に記載の機能(例えば、取得機能、決定機能、及び、再構成機能)を実行するコンピュータ可読命令のセットを含むコンピュータプログラムを実行可能であり、プログラムは、上述の非一時的電子メモリおよび/またはハードディスクドライブ、CD、DVD、フラッシュドライブまたは他の任意の既知の記憶媒体のいずれかに格納される。さらに、コンピュータ可読命令は、米国Intel社のXenonプロセッサまたはi3、i5、i7、i9、または米国AMD社のOpteronまたはRyzenプロセッサなどのプロセッサと、Microsoft VISTA、UNIX(登録商標)、Solaris、LINUX(登録商標)、Apple、MAC-OSおよび当業者に既知のその他のオペレーティングシステムなどとともに実行する、ユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、またはオペレーティングシステムのコンポーネント、あるいはそれらの組み合わせとして提供されてもよい。さらに、CPUは、複数のプロセッサが協調して並列に動作して命令を実行するものとして実装することが可能である。なお、取得機能は、取得部の一例である。決定機能は、決定部の一例である。再構成機能は、再構成部の一例である。
一実施形態では、再構成画像は、ディスプレイ116に表示することが可能である。ディスプレイ116は、LCDディスプレイ、CRTディスプレイ、プラズマディスプレイ、OLED、LED、または当技術分野で既知の他のディスプレイとすることが可能である。
メモリ112は、ハードディスクドライブ、CD-ROMドライブ、DVDドライブ、フラッシュドライブ、RAM、ROM、または当技術分野で既知の他の電子記憶装置とすることが可能である。
図2Aは、X線管101からX線検出器103に向かうX線のコーンビーム形状を示している。一般に、X線の投影測定値は、以下の式(1)で示す線積分として表すことが可能である。
ここで、f(r)は再構成する被検体、Rはヘリカル軌道の半径、Hはヘリカルピッチ(1回転あたりの寝台送り)、(β,γ,α)はそれぞれ投影角、X線角、コーン角(図1参照)、φβ,γ,αは、βにおけるX線焦点s(β)から円筒検出器の表面の点(γ,α)に向かう単位ベクトルを示し、以下の式(2)で表される。
ここで、β=0のとき、焦点は投影β0における関心平面z=z0にある。
図2Bは、イメージングされた被検体OBJに関するX線管のヘリカル経路の一例を示す。本実施形態では、被検体OBJは寝台上に配置され、X線管101の経路が被検体OBJに対してヘリカル経路を通過するように、X線管101およびX線検出器103がそれぞれの円形経路に沿って回転するにつれて、この寝台が直線的に並進する。また、本実施形態では、線源が関心スライスz0にある場合にt=β=0となるように、投影角βは以下の式(3)によって変数時間tおよび位置zに関連付けられている。
一実施形態では、イメージングされた被検体OBJをX線管101およびX線検出器103に対して並進させることなく、投影データを取得する。このシナリオでは、(ヘリカルではなく)円形の軌道のため、H=0とすることで解析が簡略化される。図2Aに示したX線の用語は、コーンビームおよびファンビームを含むすべてのX線ビームに一般的に適用可能である。ファンビーム形状(例えば、X線がある次元で発散し、別の次元で平行にされる、並列ファンビーム)では、α=0とすることで解析を簡略化することが可能である。
図3は、1セットの曲面検出器に照射されて検出される第1のX線および第2の光線が、X線源Sから照射されることを示す。第1のX線300Aは位置0で検出器の中心に到達し、第2のX線300Bは位置σに到達することが示される。これらのX線が、使用できない、あるいは欠損しているビューの一部であった場合、X線が図の角度で被検体にどのように吸収されたかについて収集できたであろうデータが失われる。
使用不可または欠損ビューがある場合、補間を行う代わりに、前のビューまたは後続ビューからの少なくとも1つの相補的なX線を使用してデータ置換を行うことが可能である。図3に示すように第2のX線300Bは、(y軸に対する)αを管角(またはビュー角)、γをファン角とした角度ペア(α,γ)により定義され、X線を検出することを意図した検出器のチャネルに対応する。第2のX線(α,γ)300Bが欠損ビューに対応するため検出されないビューでは、欠損ビューデータ(「単一の欠損ビューに関するデータ」または「複数の欠損ビューに関するデータ」とも呼ばれる)は、代わりに、第2のX線300Bと同じ経路に沿って、ただし補足的な方向に進む相補的なX線(方向(α’,γ’)を有する)で置換することも可能である。
図4Aおよび図4Bに示すように、X線管101およびX線検出器103は、一連のビューを通して移動する。図4Aにおいて、濃いシェーディングで示される、垂直方向に配置されたX線管101およびX線検出器103は、ビュー角α=0ラジアン(図3と同様にy軸を基準点として)となるように配置されている。図4Aは、X線管101とX線検出器103薄いグレーのバージョンも有するものとして示される。これらのバージョンは、先行ビューと後続ビューを取得したときのX線管101とX線検出器103の向きを示している。比較のために、図4Bは、図4Aと比較して、イメージングされる被検体の反対側にあるX線管101とX線検出器103を示す。図4BのX線管/X線検出器構成の向きは、α=πラジアン(または元の向きから180度)である。
また、図4Aには、ファン角γ=0ラジアンで照射され、被検体を通過してX線検出器103の中心に照射されるX線200Cを示す。図4Bは、同じくファン角γ’=0で照射され、被検体を通過してX線検出器103の中心に照射される相補的なX線200C’を示す。一般に、角度ペア(α,γ)を有するX線と、角度ペア(α’,γ’)を有する相補的なX線は、以下の式(4)に示す2つの等式を満たす。
式(4)は、上記図4Aおよび図4Bの例を用いると、以下の式(5)のように表すことが可能である。
これらの等式を用いることで、少なくとも1つの他の後続ビューまたは先行ビューからのX線を処理し、再構成画像の生成に使用されるデータから欠損していたデータを得ることができる。
図5Aに示すように、一連のビューは、イメージングされる被検体の一部位を撮像するプロセスの一部として、角度ペア(α,γ)を有する少なくとも1X線が撮像されるべきであった、少なくとも1つの欠損ビュー500を含む。説明のため、撮像されるべきであった部位を「B」の文字で示し、撮像されている画像の反転の特徴を強調できるようにする。少なくとも1つの補足ビュー500’(反転で撮像された後続ビューとして示す)から角度ペア(α’,γ’)を有する少なくとも1つのX線を利用することにより、システムは、少なくとも1つの欠損ビュー500の欠損データを充填することができる。図5Bは、欠損ビュー500が、少なくとも補足ビュー500’からの情報を含む置換ビュー520で置換されることで結果として得られる画像のセットを示す。
図5Cに示すように、どちらもビュー500から欠損した複数のX線に対して少なくとも1つの相補的なX線を有する、先行ビュー500A’、または先行ビュー500A’と後続ビュー500B’の組み合わせを用いて、欠損ビュー500を補正することも可能である。図5Dに示すように、置換ビュー520は、欠損ビュー500、および補足ビュー500A’と500B’のいずれとも異なるシェーディングである。このシェーディングの違いは、置換ビュー520が少なくとも2つの補足ビュー500A’および500B’の重み付けされた組み合わせによって算出されてもよいことを表すことを意図している。
図5Eに示すように、欠損ビュー500を充填するために使用される補足ビュー500A’、500B’、および500C’は、既存の補足ビューの任意の部位から取ることが可能であり、既存の補足ビューから対称的に取らなくてもよい。実際、イメージング開始時に欠損ビューが発生した場合、それ以前の補足ビューは使用できず、後続の補足ビューしか使用できない。図5Fは、欠損ビュー500の代わりに置換ビュー520が使用され、置換ビューは、好ましくは、少なくとも2つの補足ビュー500A’と500B’の重み付けされた組み合わせとして作成され、一実施形態では少なくとも3つの補足ビュー500A’、500B’、500C’の重み付けされた組み合わせに対して作成されることを示す。そのような一実施形態では、重み付けされた組み合わせは、欠損ビュー500からのデータを補足ビューの値と置き換えることが可能なX線が存在するすべての補足ビューから形成されるが、X線のすべてが同じ冗長性を有するように(例えば、2つの相補的なX線がある場合はそれぞれが0.5で、3つの相補的なX線がある場合は1/3で重み付けすることによって)正規化される。
当業者には理解されるであろうが、欠損ビュー500から欠損したデータを充填するために使用されている相補的なX線は、すべてが同じビューになくてもよく、各ビュー間で発生する回転の度合いにより、複数のビューにまたがってもよい。さらに、複数の連続ビューが欠損している場合、欠損ビュー500の置換X線を提供するために、より多数の補足ビューが使用される。さらに、ビュー間の回転量により、角度ペア(α,γ)を有する欠損X線を補うような角度ペア(α’,γ’)を有する相補的なX線が見つかるように正確に正しい位置にチャネル/検出器素子を存在させるようにすることは、ほとんど起こらないため、本明細書に記載のシステムおよび方法では、隣接するチャネル/検出器素子間で補間することにより検出X線のシフトをさらに調整してもよい。例えば、図6Aに示すようなX線を取得すべきであった欠損ビューは、図6Bに示すような画像を生成するための相補的なX線を利用可能としてもよい。しかし、X線のシフトにより、図6Aの画像の部分が、隣接するチャネル/検出器素子にまたがって共有される。したがって、この方法とシステムは、隣接する画素の重み付けされた平均を利用して、補足ビューで検出されたX線を、欠損ビューの対応する位置に戻すようにシフトする。この説明の残りの部分では、相補的なX線の使用は、補間された相補的なX線に基づいて行われると仮定するが、いくつかの実施形態では、補間されていない相補的なX線を使用することが可能であってもよい(例えば、X線に対して、平滑化または他のフィルタリングがいずれかのタイミングで行われる場合)。
補足ビューから置換ビューを生成する際に、本明細書の教示に従って複数の異なる方法が適用可能であり、それらの置換ビューの生成は、少なくとも2つの異なる時間に発生可能である。一実施形態によれば、スライスに依存しない置換のセットを実行可能である。そのような実施形態では、欠損データがどのスライスで使用されるかを考慮せずに置換X線が計算される。例えば、データがまず取得されると、システムは、複数の連続ビューが欠損していることを検出し、欠損ビューが一旦置換ビューに置換され、それによりビューの拡張セットが作成される。その後、ビューの拡張セットは、エラーのないビューのセットと同様に処理することが可能であり、画像再構成が正常に実行される。このような場合、上記のいずれの技術も実行可能である。例えば、(1)欠損X線1つにつき補足ビューに相補的なX線が1つだけ存在する場合、各欠損ビュー内の欠損X線を、補足ビューからの対応するX線で置換し、(2)欠損光線1つにつき相補的なX線が複数存在する場合、各欠損ビュー内の欠損X線を、補足ビューからの対応する光線の重み付けされた組み合わせで置換する。重み付けされた組み合わせは、(1)対応する相補的なX線の固定数または固定パーセンテージの平均、(2)対応する相補的なX線すべての平均、(3)対応する相補的なX線の固定数または固定パーセンテージの線形または非線形の組み合わせ、および(4)欠損ビューからの固定角度範囲内にある対応する相補的なX線の線形または非線形の組み合わせ、のうちのいずれか1つを含んでもよい。組み合わせは、一定の重みを含んでもよく、または、組み合わせにおいて、欠損X線により近い相補的なX線に対してより重い重み付けがなされるように、相補的なX線と欠損光線との距離に基づく重みを含んでもよい。図7は、ビュー内のX線に固有の、3つの可能な重み付けを示すグラフである。エラーのないスキャンが、再構成に使用されるすべてのビューについて同一のX線冗長性(重複性)を有する場合、最大固定範囲内の各相補的なX線(欠損X線を中心とする)は、半分の重み700を使用することにより(すなわち、各X線を0.5倍することにより)第1の組み合わせで組み合わされる。第2の重み付け710において、π+fanmaxラジアン内の相補的なX線は、半分の重みを生成するように重み付けされ、ここでfanmaxは、ビューで使用される最大ファン角と最小ファン角の間の変化である。第3の重み付け720では、半回転+fanmaxを超える1回転未満のデータを扱う場合に、「半回転を超える」重み付けを用いた専用関数を使用する。
他の実施形態によれば、ヘリカル再構成で使用され得るように、スライスに依存する置換のセットを実行することが可能である。図8は、スライスを再構成するために使用されている一連のビュー内のX線に対するスライディングウィンドウとして使用されている既知の重みのセットを示すグラフである。図示されたグラフは、再構成されるスライスが変わると、ビュー間の重み付けがどのようにスライドするかを表す。ヘリカルピッチ(円形スキャン:ピッチ=0)、検出器のZカバー率、所望のノイズレベルと時間分解能に従って、各スライスで利用可能なデータ範囲(-θ~θ)を選択して、画像再構成を行うことが可能である。図8は、データ範囲にわたって使用される冗長重みの一例を示すが、本開示は、図示された冗長重みのマッピングに限定されない。グラフ内の値が明るい(すなわち、白に近い)場所では、対応するビューのX線に対してより高い重みが使用される。グラフ内の値が暗い(すなわち、黒に近い)場所では、対応するビューのX線に対してより低い重みが使用される。グラフでは、図示された重み付けは、中心(角度0に対応)で100%を含み、直線的な減少により端部で0%へと低下する(すなわち、角度θ/2、-θ/2に対応するビューで50%の重み付け、角度3θ/4、-3θ/4に対応するビューで25%の重み付けを有する)。θを超え、-θ未満である角度に対応するビューには、0%の重みが割り当てられている。さらに、重みはチャネルに依存しないものとして図示されているが、別の実施形態では、重みはチャネルに依存して変化することも可能である。
図9は、図8のグラフを示すが、スライディングウィンドウの中央において多数の連続ビュー(例えば、100個のビュー)が欠損している場合、すなわち、スライスが再構成されている場所に対応している場合である。図示の例では、範囲(-θ、θ)内よりも多くのデータがあるが、その範囲外のデータは0%として重み付けされる。図示の実施形態では、欠損X線の各々は、少なくとも2つの補足ビューに含まれる。欠損ビューのX線に適用されるべきであった重みが、代わりに補足ビューの光線に適用されるとすると、図10に示すように、新しい重み付けのセットが光線単位で生成される。このように、従来は欠損ビューに関連付けられていた高い重みが、代わりに2つの斜めの帯(その傾きはヘリカルスキャンのピッチに依存する)に分割され、他の補足ビューに重み付けすることによって効果的に欠損ビューを「充填」して欠損ビューのゼロ効果を克服する。図示の実施形態では、中央の欠損ビューの重みが2つの相補的なX線の間で分割されているため、斜めの帯の対応する部位の各々は、その元の重み付けよりも明るい(すなわち、より高い重みが与えられる)。つまり、中央のビューは現在、その重みが半分に分割され補足ビューに割り当てられている。図11A~図11Dにおいて、この重みの変化を、より少ない数の値について数値的に示す。図11Aでは、欠損ビューが中央にあるように示される。その場合、図11Bの1行目に見られるように、中央のビューからの100%の重み付けを50%/50%に分割し、50%のボックスの各々に割り当て、100%の重みを持つ1行目のボックスを2つ得る。2行目では、中央の100%の重み付けを50%/50%に分割し、40%のボックスと60%のボックスの各々に割り当て、それぞれ90%と110%の増大した重みを持つ2行目のボックスを2つ得る。比較のため、図11Cでは、欠損ビューが中央より前にあるように示される。このような場合、図11Dの1行目に見られるように、欠損ビューからの60%の重み付けを50%/50%に分割し、第1の10%のボックスと第2の90%のボックスに割り当て、それぞれ40%と120%の重みを持つ1行目のボックスを2つ得る。2行目では、欠損ビューからの60%の重み付けを50%/50%に分割し、0%のボックスと100%のボックスの各々に割り当て、それぞれ30%と130%の増大した重みを持つ2行目のボックスを2つ得る。図11A~図11Dを比較すると、相補的なX線の重み付けされた組み合わせは、再構成される画像データに対する欠損X線の角度位置に基づく重み付けされた組み合わせであることが分かる。
図12(A)~図12(C)はそれぞれ、元の再構成スライス、中央に50個の連続欠損ビューを有する再構成スライス、および、中央の50個の連続欠損ビューが、重み付けされた補足ビューで置換された再構成スライスを示す画像である。図13(A)~図13(C)はそれぞれ、元の再構成スライス、中央に100個の連続欠損ビューを有する再構成スライス、および、中央の100個の連続欠損ビューが、重み付けされた補足ビューで置換された再構成スライスを示す画像である。
図11Dと同様に、図14は、欠損ビューが角度-7θ/8付近のビューを中心とし、欠損ビューに適用されるべきであった重みが、代わりに補足ビューに適用される場合の、図8のグラフの修正版を示す。図15(A)および図15(B)は、元の再構成スライスと、図14の連続欠損ビューが重み付けされた補足ビューで置換された再構成スライスとを示す画像である。
図10、図11A~11D、および図14のような重み付けを使用すると、図8の元の重み付けと比較して、重み付け間で隣接する急激な変化が発生する。このように、結果として得られる再構成画像にストリークが発生することがあるが、別の重み付けを用いて平滑化してもよい。図16は、欠損ビューからのデータとエラーのないデータとの間の遷移を滑らかにするために使用される冗長重みの平滑化されたセットを示す。
図17(A)~図17(C)は、第1のセットのスキャン条件で取得された再構成スライスに対する平滑化の効果を示す。図17(A)は、ビューに隙間のない元の再構成画像である。図17(B)は、図10の平滑化されていない重み付けを使用した再構成画像である。元と比較すると、左の円には明るいシェーディングが、右の円にはストリークがある。図16の平滑化された重み付けを使用すると、図17(C)のスライスは、シェーディングの変化またはストリークなしに再構成され、それにより元のスライスをより忠実に表現する。
図18(A)~18(C)は、図17(A)~17(C)と同じスライスについて第2のセットのスキャン条件で取得された、再構成スライスに対する平滑化の効果を示す。図18(A)は、ビューに隙間のない元の再構成画像である。図18(B)は、図10の平滑化されていない重み付けを使用した再構成画像である。元と比較すると、左の円には明るいシェーディングが、右の円にはストリークがある。図16の平滑化された重み付けを使用すると、図18(C)のスライスは、シェーディングの変化またはストリークなしに再構成され、それにより元のスライスをより忠実に表現する。
実施形態は、以下に示す付記で規定される実施形態をさらに含む。
(1)イメージング対象の被検体のCTスキャンにおいて取得された複数のビューに対応するデータを含むスキャンデータを得ることと、前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった欠損ビューの指示を得ることと、前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する複数のX線に対して少なくとも1つの相補的なX線を決定することと、前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を充填することと、前記得られたスキャンデータ、および前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対する前記充填された少なくとも1つの相補的なX線に基づいて、前記被検体の画像データを再構成することと、を含むが、これに限定されない、医用画像処理方法。
(2)前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を充填することは、前記スキャンデータが前記欠損ビューの1つの1X線に対して単一の相補的なX線を含むことをX線ごとに決定することと、前記1X線を、前記単一の相補的なX線で充填することと、を含むが、これに限定されない、(1)に記載の医用画像処理方法。
(3)前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を充填することは、前記スキャンデータが前記欠損ビューの1つの1X線に対して複数の相補的なX線を含むことをX線ごとに決定することと、前記1X線を、前記1X線に対する前記複数の相補的なX線の重み付けされた組み合わせで充填することと、を含むが、これに限定されない、(1)および(2)のいずれか1項に記載の医用画像処理方法。
(4)前記重み付けされた組み合わせは、再構成される前記画像データに対する前記1X線の角度位置に基づいて重み付けされた組み合わせである、(3)に記載の医用画像処理方法。
(5)前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を充填することは、前記スキャンデータが前記欠損ビューの1つの1X線に対して複数の相補的なX線を含むことをX線ごとに決定することと、前記1X線を、前記1X線に対する前記複数の相補的なX線の平均で充填することと、を含むが、これに限定されない、(1)から(4)のいずれか1項に記載の医用画像処理方法。
(6)前記複数の相補的なX線におけるX線の数が2を超える、(1)から(5)のいずれか1項に記載の医用画像処理方法。
(7)前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を決定することは、前記欠損ビューに対応する前記複数のX線のファン角および管角に基づいて前記少なくとも1つの相補的なX線を決定することを含むが、これに限定されない、(1)から(6)のいずれか1項に記載の医用画像処理方法。
(8)イメージング対象の被検体のCTスキャンにおいて取得された複数のビューに対応するデータを含むスキャンデータを得て、前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった欠損ビューの指示を得て、前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する複数のX線に対して少なくとも1つの相補的なX線を決定し、前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を充填し、前記得られたスキャンデータ、および前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対する前記充填された少なくとも1つの相補的なX線に基づいて、前記被検体の画像データを再構成する、ように構成され処理回路を備えるが、これに限定されない、医用画像処理装置。
(9)前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を充填するように構成された前記処理回路は、前記スキャンデータが前記欠損ビューの1つの1X線に対して単一の相補的なX線を含むことをX線ごとに決定し、前記1X線を、前記単一の相補的なX線で充填する、ように構成された処理回路を備えるが、これに限定されない、(8)に記載の医用画像処理装置。
(10)前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を充填するように構成された前記処理回路は、前記スキャンデータが前記欠損ビューの1つの1X線に対して複数の相補的なX線を含むことをX線ごとに決定し、前記1X線を、前記1X線に対する前記複数の相補的なX線の重み付けされた組み合わせで充填する、ように構成された処理回路を備えるが、これに限定されない、(8)および(9)のいずれか1項に記載の医用画像処理装置。
(11)前記重み付けされた組み合わせは、再構成される前記画像データに対する前記1X線の角度位置に基づいて重み付けされた組み合わせである、(10)に記載の医用画像処理装置。
(12)前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を充填するように構成された前記処理回路は、前記スキャンデータが前記欠損ビューの1つの1X線に対して複数の相補的なX線を含むことをX線ごとに決定し、前記1X線を、前記1X線に対する前記複数の相補的なX線の平均で充填する、ように構成された処理回路を備えるが、これに限定されない、(8)から(11)のいずれか1項に記載の医用画像処理装置。
(13)前記複数の相補的なX線におけるX線の数が2を超える、(8)から(12)のいずれか1項に記載の医用画像処理装置。
(14)前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を決定するように構成された前記処理回路は、前記欠損ビューに対応する前記複数のX線のファン角および管角に基づいて前記少なくとも1つの相補的なX線を決定するように構成された処理回路を備えるが、これに限定されない、(8)から(13)のいずれか1項に記載の医用画像処理装置。
(15)コンピュータプロセッサによって読み取られ実行されると、前記コンピュータプロセッサに、イメージング対象の被検体のCTスキャンにおいて取得された複数のビューに対応するデータを含むスキャンデータを得るステップと、前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった欠損ビューの指示を得るステップと、前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する複数のX線に対して少なくとも1つの相補的なX線を決定するステップと、前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を充填するステップと、前記得られたスキャンデータ、および前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対する前記充填された少なくとも1つの相補的なX線に基づいて、前記被検体の画像データを再構成するステップと、を実行させる格納された命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を備えるが、これに限定されない、コンピュータ記憶装置。
(16)前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納された前記コンピュータ命令は、前記コンピュータプロセッサによって読み取られ実行されると、前記コンピュータプロセッサに(2)から(7)のいずれか1項に記載の方法を実行させる、(15)に記載のコンピュータ記憶装置。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、欠損ビューの補正の精度を向上させることができる。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
100 放射線撮影ガントリー
114 再構成装置
114 再構成装置
Claims (12)
- 被検体のコンピュータ断層撮影(Computed Tomography:CT)スキャンにおいて収集された複数のビューを含むスキャンデータを取得し、
前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった欠損ビューに対応する複数のX線に対して少なくとも1つの相補的なX線を決定し、
前記スキャンデータと、決定された前記少なくとも1つの相補的なX線とに基づいて、前記被検体の画像データを再構成する、
ことを含む、医用画像処理方法。 - 前記欠損ビューの位置に基づいて、前記少なくとも1つの相補的なX線に対して重み付けを設定する、ことをさらに含む、請求項1に記載の医用画像処理方法。
- 前記重み付けが設定された前記少なくとも1つの相補的なX線を含む前記スキャンデータに対して平滑化処理を実行する、ことをさらに含む、請求項2に記載の医用画像処理方法。
- 前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して、前記少なくとも1つの相補的なX線を充填する、ことをさらに含む、請求項1~3のいずれか1つに記載の医用画像処理方法。
- 前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を充填することは、前記欠損ビューに含まれるX線ごとに、前記スキャンデータに含まれる前記欠損ビューにおける1X線に対応する単一の相補的なX線を決定し、前記1X線を、前記単一の相補的なX線で充填する、ことを含む、請求項4に記載の医用画像処理方法。
- 前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を充填することは、前記欠損ビューに含まれるX線ごとに、前記スキャンデータに含まれる前記欠損ビューにおける1X線に対応する複数の相補的なX線を決定し、前記1X線を、前記1X線に対応する前記複数の相補的なX線の重み付けされた組み合わせで充填する、ことを含む、請求項4に記載の医用画像処理方法。
- 前記重み付けされた組み合わせは、再構成される前記画像データに対する前記1X線の角度位置に基づいて重み付けされた組み合わせである、請求項6に記載の医用画像処理方法。
- 前記欠損ビューに対応する前記複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的な線を充填することは、前記欠損ビューに含まれるX線ごとに、前記スキャンデータに含まれる前記欠損ビューにおける1X線に対応する複数の相補的なX線を決定し、前記1X線を、前記1X線に対応する前記複数の相補的なX線の平均で充填する、ことを含む、請求項4に記載の医用画像処理方法。
- 前記複数の相補的なX線の数が2以上である、請求項6に記載の医用画像処理方法。
- 前記欠損ビューに対応する複数のX線に対して前記少なくとも1つの相補的なX線を決定することは、前記欠損ビューに対応する前記複数のX線のファン角および管角に基づいて前記少なくとも1つの相補的なX線を決定する、ことを含む、請求項1に記載の医用画像処理方法。
- 被検体のコンピュータ断層撮影(Computed Tomography:CT)スキャンにおいて収集された複数のビューを含むスキャンデータを取得する取得部と、
前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった欠損ビューに対応する複数のX線に対して少なくとも1つの相補的なX線を決定する決定部と、
前記スキャンデータと、決定された前記少なくとも1つの相補的なX線とに基づいて、前記被検体の画像データを再構成する再構成部と、
を備える、医用画像処理装置。 - 被検体のコンピュータ断層撮影(Computed Tomography:CT)スキャンにおいて収集された複数のビューを含むスキャンデータを取得し、
前記被検体のCTスキャンにおいて取得されなかった欠損ビューに対応する複数のX線に対して少なくとも1つの相補的なX線を決定し、
前記スキャンデータと、決定された前記少なくとも1つの相補的なX線とに基づいて、前記被検体の画像データを再構成する、
各処理をコンピュータに実行させる、医用画像処理プログラム。
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