JP4958354B2 - 画像の高速な階層的逆投影の方法 - Google Patents
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Description
【0001】
(技術分野)
本発明は、画像処理技術に関し、特に、投影イメージから断層イメージを再構成するための方法に関する。
【0002】
(背景技術)
2D軸上でのコンピュータによる断層撮影法(CT)における再構成の問題に、異なる角度で線積分投影された一揃いの投影イメージから画像を回復させることがある。この再構成の問題を解決するために用いられるアルゴリズムは利用可能な線積分情報の数にもっぱら依存している。線積分が全ての方向で利用可能であって測定ノイズは無視し得るものであるときは、フィルタード・バックプロジェクション(FBP)再構成法(コンボリューション・バックプロジェクション技術、あるいはCBPとも称されている)が慣用的に用いられる方法である。FBPは、ラドン変換(Radon transform )の反転公式の打ち切りに基づき、各投影イメージを予め指定されたフィルタによってフィルタリングすることで構成されており、逆投影操作を従えている。このフィルタリングの操作は、FFTにより実行するときにはO(N2logN)回の操作を必要とし、固定値のインパルス応答の畳み込みにより実行するときにはO(N2 )回程度の操作を必要とする。これとは反対に、再構成画像における画素毎に該画素を通過する全ての線積分の合計を計算する逆投影の操作は、N2個の画素の再構成を行なうのであれば、O(N3 )の操作とO(N)個の角度での投影を必要とする。従って、逆投影は、FBP(あるいはCBP)の計算コストをはるかに上回ってしまっている。
【0003】
伝統的に医学の分野では、逆投影は、単一部分のほぼリアルタイムでの再構成を達成する逆投影処理の並行性を利用した特別のハードウェアによって成し遂げられている。例えば、米国特許第4,042,811号や米国特許第4,491,932号を参照するとよい。しかしながら、再構成の時間に遅れが依然として存在していることでこれまでよりも速い速度でデータを得ることのできる技術の提供がますます重要となっている。データ速度の増加と共に、FBPは再構成と表示処理とがボトルネックとなっており、リアルタイム画像表示への障壁となっている。
【0004】
再構成のための高速なアルゴリズムの存在は、フーリエの切断定理(Fourier Slice Theorem )、あるいは米国特許第5,778,038号の全体に組み込まれているブランド(Brandt)の方法のような逆投影の多値化分解能での再サンプリングに基づいている。フーリエの切断定理に基づいたアルゴリズムは、極線からデカルト格子(Cartesian Grid)へとフーリエの投影データを変換するために補間を使用し、この再構成は逆FFTによって行なわれる。フーリエ再構成アルゴリズム(FRA)として知られているこれらの高速アルゴリズムは一般にO(N2logN)の複雑さを有している。J.Schomberg 及びJ.Timmer、”The Gridding Method for Image Reconstruction by Fourier Transformation”、IEEE Trans. Med. Imag., vol.14, Sept. 1995 。残念なことに、補間のステップは、アーチファクト(artifact)が再構成へ及ぶことを避けるために一般的に多くの計算量を必要とする。妥当な画像サイズであるN≦103 では、直接FBPを上回るフーリエの切断定理に基づくアルゴリズムの明確な性能の利得は、潜在的にN/logN以内の高速化であることを経験的な証拠は示している。これも一般的に再構成の品質についての同様の損失を同様に生じさせている。
【0005】
ブランドの方法は、逆投影を行なう別のステージで投影を効果的に表現する異なった不均一のサンプリング格子を使用する。この結果として得られるアルゴリズムはO(N2logN)の複雑さを有している。このアルゴリズムは不鮮明な再構成を生成するので、不鮮明さの影響を弱めるために点像分布関数(point spread function )へのガウス近似(Gaussian approximation)を持つデコンボリューションを必要とする後処理のステップが必要となる。このデコンボリューションのステップの効果は十分ではなく、更なるアーチファクトを誘うことがある。このアルゴリズムは、潜在的には高速であるが、従来のFBPほどの精度は達成しない。従って、断層イメージの再構成のための、より高速且つ高精度のアルゴリズムへのニーズは存在している。
【0006】
従って、本発明の目的のひとつは、投影イメージから画像を生成するための新しく且つ向上している再構成方法を提供することである。
別の目的は、既存の方法よりも高速に断層イメージを再構成するための新しく且つ向上している方法を提供することである。
【0007】
更なる別の目的は、これらの方法が使用されているあらゆる用途で使用するための断層逆投影のための新しく且つ向上している方法であって、既存の方法よりも高速なものを提供することである。
【0008】
(発明の開示)
本発明の態様のひとつに沿っているシノグラムを画像へと逆投影する方法は、フィルタリングされたシノグラムを複数のより小さなシノグラムへと分割するステップを有している。その小さなシノグラムは、各部が1ピクセルの小ささのサブ・イメージを表すようになるまで継続して再分割される。それらのサブ・シノグラムはサブ・イメージを生成するために逆投影され、サブ・イメージは、表示のための画像を生成するために継続して統合される。
【0009】
この方法は、シノグラムを再分割するために2つのアルゴリズムを使用する。そのアルゴリズムのうちのひとつによる再分割は正確であり、もうひとつのアルゴリズムによる再分割は近似を行なう。第一のアルゴリズムは精度が高いが比較的低速であり、第二のアルゴリズムは高速であるが精度が低い。幾つかの再分割では正確な分解アルゴリズムを実行して幾つかの再分割では近似分解アルゴリズムを実行するようにし、2つのアルゴリズムのうちのいずれか適切な一方の手法を切り替えて行なうことにより、精度の高い結果を迅速に得ることができるようになる。
【0010】
添付の図面と共に本発明の実施例の記述を参照すれば、前述したもの及びその他の本発明の特徴、並びにそれらを達成するための方法はより明白になり、本発明自体が良好に理解されるであろう。
【0011】
(発明を実施するための最良の形態)
本発明は、CTスキャナを含む、様々なイメージング装置へ適用される。典型的なイメージング装置1(図1)は頭などといった対象物からデータを取得するスキャナ2を有しており、未加工のデータをレシーバ3へ送る。そのデータは後処理部4で処理されるが、その処理には画素の統合やフィルタリングなどといった処理が含まれている。後処理部4は階層的逆投影(HBP)装置5で逆投影されるシノグラムを生成する。HBP5は、ディスプレイ6あるいは他の適切な出力装置で表示される画像を産み出す。
【0012】
シノグラムは、一方のインデックスが半径であって他方のインデックスが角度である数値からなる2次元配列である。例えば、シノグラムは、投影イメージを収集したもの、半径方向でフィルタリングされた投影イメージを収集したもの、及び合成開口レーダ(SAR)のデータを半径方向に逆フーリエ変換して収集したものなどがある。
【0013】
本発明を良く理解するためには、直接フィルタード・バックプロジェクション(FBP)再構成についての一般的な理解が必要である。
図7に示すように、この場合においては断層イメージから産み出されたデータであるシノグラム10は、公知のアルゴリズムを使用して画像12を生成するために直接に逆投影されている。直接逆投影は満足できる精度を有しているが、計算量が多く時間がかかる。本発明は、階層的逆投影と呼ばれ、直接再構成及び他のアルゴリズムにおけるいくつかの短所を解決しようとするものである。
【0014】
HBP法はラドン変換の階層的分解に基づくものであり、再構成のためにはO(N2 logN)回を必要とする。HBPで使用されるアルゴリズムは、FRAが被るアーチファクトで損害を受けることはなく(周波数領域での補間がないので)、直接FBPの再構成と比較して全くもしくはごくわずかしか再構成品質を劣化させないまま、FRA及びブランドの方法よりも性能面で著しく向上させる。103ピクセル平方のサイズの画像における潜在的なスピードアップは2桁に近いかあるいはそれ以上のものとなる。提供されるアルゴリズムも高度に並列化しており、既存のハードウェアでの高速化を再利用することができる。更に、HBPアルゴリズムは、FBPと視覚的に似かよった再構成結果を産み出す。
【0015】
階層的分解としての基本原理を示すと、N×Nの画像の逆投影は、各々のサイズがN/2×N/2である4つの小さな画像のシフトされた逆投影の合計として書くことができるということである。これらのイメージは元の画像のサイズの(線形的に)半分なので、それらは角度サンプル数の半分のシノグラムから算出可能である。従って、元の画像の再構成のためにN回の投影が可能であり且つ必要とされているのであれば、N/2回の投影がその小さな画像の再構成のために必要となる。4つのサブ・イメージの逆投影の各々では(N/2)2 N/2=N3 /8回の操作を要することとなり、対象物を再構成するためにN3 /2回の操作がこれら4つの逆投影で実行されるが、一般的な逆投影ではN3回の操作となる。この分解が再帰的に適用されると、N2 logN回のコストとなり、画像サイズと投影回数とがステージ毎に2のファクターで減少する。
【0016】
本発明は、シノグラムを再分割するために2つのアルゴリズムが使用される。その第一のアルゴリズムは図2に関連して以降で説明する正確な分解アルゴリズムであり、その第二のアルゴリズムは図3に関連して以降で説明する近似分解アルゴリズムである。この正確分解アルゴリズムは精度が高いが比較的低速であり、この近似分解アルゴリズムは高速であるが精度は低い。いくつかの再分割で2つのアルゴリズムのうちのいずれか適切な一方の手法を切り替えて実行することにより、精度の高い再構成結果を迅速に得ることができるようになる。
【0017】
その正確分解アルゴリズムが使用されるとき(図2)、プロセッサ(若しくはステップ)13、15、17、及び19の各々において、シノグラム10は画像12を産み出すために逆投影され、そのシノグラムから4つのサブ・シノグラム14、16、18、及び20へと分割される。サブ・シノグラム14、16、18、及び20の各々はさらに再分割されて合計で16個のサブ・シノグラム(図示せず)となり、これらの再分割されたサブ・シノグラムは1ピクセルの小ささの画像をサブ・シノグラムが表現するようになるまで更に再分割される。最終のサブ・シノグラムは最小のサブ・イメージを産み出すために逆投影されるが、図2にはサブ・イメージ22、24、26、及び28として図示されている。これらのサブ・イメージは、画像12を産み出すためにその後継続して統合される。
【0018】
図2に示されている方法で使用されているアルゴリズムは以下のようにすると導き出される。画素サイズが1に正規化されている、N×Nピクセルの対象物を考える。視点角度の配置は簡単に一般化できるが、ここでは[0、2π]で均一な間隔であるP個の視点角度を想定する。この部分をできるだけ簡単な表現で説明するために、定式化されたオペレータが用いられる。
【0019】
定式化して与えられたヒルベルト空間(Hilbert space )
【0020】
【数1】
【0021】
は、
【0022】
【数2】
【0023】
について設定された二重積分可能な関数の空間であり、
【0024】
【数3】
【0025】
は、二重積分可能な関数についてのP個の要素からなる空間であり、
【0026】
【数4】
【0027】
は、二乗加算可能な2D列の空間であり、
【0028】
【数5】
【0029】
は、二乗加算可能であるP個の要素からなる空間である。全ての空間は基準を有しており、内積での重み付けはされていない。階層的分解を構成するために必要とされる変更を受け入れるために離散的逆投影が用いられる。離散的逆投影のオペレータは、
【0030】
【数6】
【0031】
という、P個の離散投影(各々がl2 (z)の要素)からN×N個のサポートを有する離散イメージ(l2 (Z2))を生成するマッピングである。BP,N は、半径方向のベクトルである、更なるパラメータ
【0032】
【数7】
【0033】
によって影響を受けるが、この目的について短く説明する。BP,N のτへの従属関係は表記上の便宜のために隠している。
離散逆投影のオペレータは4つの単純なオペレータの積へと分解される。すなわち、
【0034】
【数8】
【0035】
ここで、
【0036】
【数9】
【0037】
は、τによるシフトを含んでいる半径方向の補間オペレータ
【0038】
【数10】
【0039】
であり、Tは半径方向のサンプリング時間、φは畳み込み補間カーネルが使用される。このオペレータでは、p番目の投影をτpによってシフトすることによって各々の投影を補間する。単純な直線補間の場合のためには、φ(x)=Λ(x/T)であり、ここで、
【0040】
【数11】
【0041】
である。
オペレータ
【0042】
【数12】
【0043】
は、サンプリングされていないシノグラムのための逆投影オペレータであり、
【0044】
【数13】
【0045】
と定義される。
次のオペレータ
【0046】
【数14】
【0047】
は離散格子上の逆投影関数を表現している変更、若しくはサンプリングオペレータである。このオペレーションは不変化シフトであり、座標が目盛られたと仮定すると、Sは、
【0048】
【数15】
【0049】
のように記述される。関数b(x,y)は画素の指示関数でも、あるいは平滑化関数でもよい。b(x,y)に平滑化関数が選択されればわずかなサポートとなる。b(x,y)として推奨されるのは、テンソルスプライン、打ち切りガウス関数(truncated Gaussian)、及び平滑化、回転対称関数である。
【0050】
使用される最後の2つのオペレータは打ち切りオペレータである。第一の打ち切りオペレータ
【0051】
【数16】
【0052】
は2D列の引数に対して窓掛けを行なってN×Nのサイズの方形とし、(Nが奇数であるか偶数であるかにより)原点にほぼ集中させて、
【0053】
【数17】
【0054】
とする。第二の打ち切りオペレータ
【0055】
【数18】
【0056】
は、半径方向の引数に窓掛けを行なってM+λ(φ)とするが、ここでλ(φ)は
【0057】
【数19】
【0058】
における補間カーネルのサポート長であり、
【0059】
【数20】
【0060】
である。もしもφがジンク(sinc)函数カーネルであれば、KNは入力系列に影響を与えないことは明らかである。
階層的分解を導き出すために、出力の2Dのシフト(変形)と出力の打ち切りという2つの操作を持つBP,Nの相互作用を考察する。この相互作用を詳細に考察するために一連の単純な属性を提供するが、それらの各々は、上述したように定義された各オペレータの様々なシフト操作及び打ち切り操作の相互作用を明白に描写することになる。これらの属性が取り除かれると、それらは適切な定義に直接的に従うこととなる。まず4つのシフトオペレータが定義される。その第一は、離散シフタ
【0061】
【数21】
【0062】
である。その第二のオペレータは連続シフタ
【0063】
【数22】
【0064】
である。離散的であるものと連続的であるものとの2つのシノグラムの領域シフトオペレータを考察する。その第一は、
【0065】
【数23】
【0066】
である。その第二は、連続シフタ
【0067】
【数24】
【0068】
である。
【0069】
【数25】
【0070】
【数26】
【0071】
【数27】
【0072】
【数28】
【0073】
逆投影オペレータの階層的分解は以下の定理に示されている。
【0074】
【数29】
【0075】
まとめると、定理1の分解は下記の形式
【0076】
【数30】
【0077】
で構成され、これは本質的には、投影の番号Pと同一の番号を使用している元の画像の4分円であるN/2×N/2の逆投影である。分解は下記のステップからなる。
【0078】
1.投影がシフトされて原点に集中した画像のi番目の4分円に対応させる。
2.投影が半径方向で打ち切られてその幅が逆投影BP,N/2 によって使用される幅となる。
【0079】
上述したステップ1及びステップ2が図2の処理ステップ13、15、17、及び19を述べている。
図3は、近似分解アルゴリズムが使用されるときの本発明の方法の図である。図2の如く、シノグラム10は、最小のシノグラムに対応するサブ・イメージが1ピクセルのサイズとなるまでより小さなシノグラムへと継続して再分割される。従って、例えば、シノグラム10が4ピクセルのサイズの画像に対応しているのならば、そのシノグラムは、38、40、42、及び44と示されているステップにおいてこれより述べる近似を用いて処理されて4つのサブ・シノグラム30、32、34、及び36に分割される。サブ・シノグラム30、32、34、及び36は、その後、サブ・イメージ46、48、50、及び52を形成するために逆投影される。サブ・イメージ46、48、50、及び52は、その後、画像12を形成するために、処理ステップ54、56、58、及び60において統合される。
【0080】
一般に、このアルゴリズムは以下のステップと対応している。
1.シノグラムが半径方向にシフトされて原点に集中した再構成像のi番目の4分円に対応させる。
【0081】
2.シノグラムが角度方向に再サンプリングされて2のファクターで減少させる。
3.逆投影で使用される幅でシノグラムが半径方向において打ち切られる。
【0082】
上述したステップ1からステップ3までが図3の処理ステップ38、40、42、及び44を述べており、図2の処理ステップ13、15、17、及び19ではない。
【0083】
図3の処理ステップで使用されている近似分解アルゴリズムはについて更に詳細に説明する。
P回全ての投影を使用している小さなN/2×N/2のサブ・イメージを前述した定理1のように逆投射する代わりに、シノグラムは角度方向にP回からP/2回の投影へと再サンプリングされ、その結果その合計の各期間ではP/2回の投影を使用しているN/2×N/2のサイズの対象物への逆投影が生じることとなる。この基本的なコンセプトは、図3で使用されている近似分解アルゴリズムとなる。
【0084】
次に、P2 /P1の比率でgc を角度方向に再サンプリングする角度再サンプリングオペレータ
【0085】
【数31】
【0086】
を定義する。このオペレータは、
【0087】
【数32】
【0088】
のようにも書くことができ、ここでΨは角度補間カーネル(均一間隔の角度であって角度方向にgcで帯域制限されている場合にはディリクレ・カーネル(Dirichlet kernel))である。N×Nの画像のためのシノグラムからN/2×N/2のサブ・イメージのためのサブ・シノグラムへの再分割の後には、P/2回の投影だけがサブ・イメージを精密に再構成するために必要とされる。ゆえに、定理1における語(term)
【0089】
【数33】
【0090】
を
【0091】
【数34】
【0092】
の語へと置き換えるが、ここでgc は帯域制限値Bによって半径方向に帯域制限されている。
定理1での分解は(IT が帯域制限で理想的に帯域制限された半径方向のインターポレータ(interpolator)であるならば)、
【0093】
【数35】
【0094】
によって近似されている。
第二のステップは
【0095】
【数36】
【0096】
の交換を伴っている。単純には、
【0097】
【数37】
【0098】
と、デシメータ(decimator )
【0099】
【数38】
【0100】
とを、(x↓2)p =x2pとして定義する。IT が、半径方向の帯域幅をB≦1/(2T)へと帯域制限するφによって完全に幅制限されたインターポレータ(interpolator)であると仮定する。あらゆるシーケンスで
【0101】
【数39】
【0102】
であるために、
【0103】
【数40】
【0104】
は、帯域制限補間を使用してT<1/2Bの割合での半径方向のサンプルから正確に補間できる。これは、i=1,…,4の各々で、
【0105】
【数41】
【0106】
に従うものであって、ここで、
【0107】
【数42】
【0108】
は一般化された再サンプリング・オペレータであって、
【0109】
【数43】
【0110】
と定義されているものである。この分解は、
【0111】
【数44】
【0112】
が理想的な帯域制限補間であるときには正確である。実際には、1/T>>Bであれば、高速な減衰補間のスキームを持つ良好な近似値を得ることができる。
操作
【0113】
【数45】
【0114】
但し、
【0115】
【数46】
【0116】
は、半径方向の補間と、角度方向の平滑化及び間引きと、半径方向のサンプリングとの全てを1つのステップに含む離散マッピングを行なうものである。この定義を使用すると、逆投影オペレータの近似分解のための最終的な形式は、
【0117】
【数47】
【0118】
となる。半径方向の打ち切りKを再入すると、BP,N の最終的な分解は、
【0119】
【数48】
【0120】
となる。この式である分解は、図2との比較がされるように、図3に図解されている。
図2の処理で使用されているアルゴリズムは精度の高い結果を提供するが、処理における算出コストはそれ自身によっては削減していない。図3の処理で使用されているアルゴリズムは高速であるが、近似が使用されているため精度が低い。しかしながら、図2及び図3の処理を組み合わせることにより、処理のサンプリング速度を巧みに増加させることによって、精度に対して大きな譲歩をすることなく速度を大幅に高めることができる。
【0121】
2つのアルゴリズムは様々に組み合わせて使用でき、下記に示す擬似コード
【0122】
【数49】
【0123】
で使用されているように組み合わせることもできるが、ここで、BP(τ,θ)はf=BP,N gを充足している。
正確分解アルゴリズムはQの連続した時間に用いられ、近似分解アルゴリズムは残りの再帰のために使用される。パラメータQは所望の精度及び速度を得るために選択される。
【0124】
角度方向のオーバーサンプリング及び半径方向のオーバーサンプリングは精度を高めるために分解の前に使用することが可能であり、これはQを減少させることに寄与する。近似分解アルゴリズムは精度を失うことなく非常に多く用いられることになるので、これは分解の速度を高めることになる。
【0125】
図3のブロック38、40、42、及び44の処理がO(PN)の時間で完了し、且つブロック30、32、34、及び36でのサブ・シノグラムがP×Nのサイズである前提の下では、上述した擬似コードでの操作の回数は、
【0126】
【数50】
【0127】
となり、これはQ=OのときにはPNlog2 Nの削減をもたらし、Q=log2NのときにはPN2 の削減をもたらす。
本発明の方法がシェップ−ローガンの頭部ファントム(Shepp-Logan head phantom)によって試験された。他のタイプのファントムによっても同様の結果が得られた。シェップ−ローガンのファントムの分析投影が計算され、再構成像が256×256ピクセル格子となるように実行された。歪みは頭内部分で観測され、それは関心領域であると想定された。再構成像の形成のためにHBPはランプ・フィルタ投影(ramp-filtered projection)が使用された。
【0128】
図4はスピードアップと精度との点で異なっているアルゴリズムの性能を描いている。ここでは、ポイントが右側にあるほど(異なるパラメータを選択してアルゴリズムを実行させて得られる)大きなスピードアップであることを示し、ポイントがX軸に近づくほど再構成像の精度がより高いことを示している。格子化(gridding)及びブランドの方法による再構成を本発明の再構成と比較する。FRAについてのカーブはKを選択して再構成を実行させると得られる。ブランドの方法についてのカーブは、あらゆる格子のうちのゆっくりと変化する方向を取り込み得る最小のサンプル数を変化させることによって得られた。本発明についてのカーブはQ及び半径方向のオーバーサンプリングの量を変化させることによって得られた。速度を増加させるQの減少は、X軸に沿った右方向への移動となって示される。図4は、このファントムについてのこれらの実行により、提案したアルゴリズムがFRA及びブランドの方法よりもほぼ一様に著しく勝っていることを示している。ジェイ・ショーンベルグ(J.Schomberg)及びジェイ・ティマー(J. Timmer )の、「フーリエ変換による画像再構成のための格子化方法(The Gridding Method for Image Reconstruction by Fourier Transformation)」、IEEE Trans. Med. Imag., vol. 14, Sept. 1995 によって推奨されたパラメータを変更することによってFRAの能力を向上させる試みは不成功であった。米国特許第5,778,038号にあるガイドラインから外れることによりブランドの方法の性能を向上させる試みも不成功であった。
【0129】
図4には、図7の直接FBP法を使用して得られた結果をも、正規化されて示されている。FBP以上の向上が本発明によって実現されていることも図4を参照することにより明白である。
【0130】
最後の主観的な比較のために、図5は、HBP(左)及びFBP(右)のアルゴリズムを使用する[0,π)における1024回の等間隔での投影からの、1024×1024全体の再構成像を図示している。ここで、頭蓋骨及び頭蓋骨外部の人工物の細部を示すために0.05以上の全ての密度で打ち切りが行なわれた。全体の再構成像は視覚的には見分けがつかないが、左側の再構成は右側の再構成よりも90回以上高速であった。アルゴリズムの明確な並列実行及びコードの最適化によって更に性能を向上できることは明らかである。図6の(a)及び(b)に示すような、これら2つの再構成を行と列とにプロットしたものは視覚による評価を補強するものである。
【0131】
このファントムを基準とするピクセル格子のサイズが異なる(1024×1024までの)試験の繰り返しにより、FBPと同程度の画質の再構成には≒N/log2Nの経験的な高速化がHBPアルゴリズムによって示唆されている。この高速化の推定は、4096×4096ピクセルの画像である高精度医用画像の用途では、FBPに匹敵する画質の再構成で2桁以上の高速化を達成できることを示唆している。
【0132】
2D断層イメージデータからの高速逆投影のための高速アルゴリズム集が開発された。これらのアルゴリズムを使用する方法は歪みを全く若しくはごくわずかしか生じさせずに再構成に要する時間を数桁高速化する。このアルゴリズムは並列化可能であり、シンプルであり、そして、ブランドの方法と同様のフーリエ変換アルゴリズムよりも再構成歪み及びCPU時間の点で勝っている。
【0133】
特有の装置及び用途に関して本発明の原理を以上のように説明したが、以上の記述は一例に過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理に従って構成されているイメージング装置のブロック図である。
【図2】 本発明で使用されている分解アルゴリズムのステップが含まれている処理ステップの図である。
【図3】 本発明で使用されている追加分解アルゴリズムの図である。
【図4】 本発明により得られる結果を、既知の処理によるものと比較して示すグラフである。
【図5】 本発明と既知の方法とより得られる画像の比較である。
【図6】 (a)及び(b)は、本発明で得られる結果を、先行技術の方法の結果と比較して示す部分的なプロットである。
【図7】 従来のフィルタード・バックプロジェクション法の図である。
Claims (19)
- 一方の次元が半径座標によって定義されており、もう一方の次元が角度座標によって定義されている二次元の数値配列であるシノグラムから電子画像を生成するための方法であって、
シノグラムに対して半径方向に窓掛けを行うことによって、半径方向の所定幅で打ち切られている投影を有している、該シノグラムのサブセットであるサブ・シノグラムを産み出す第一ステップであって、該窓掛けが、該シノグラムの半径座標において該半径方向の所定幅を超えている値のデータを投影から取り除くものである該第一ステップと、
前記第一ステップを繰り返して複数のサブ・シノグラムを産み出す第二ステップであって、少なくとも2回の前記第一ステップの繰り返しの期間において半径方向の異なる所定幅が使用されることで、該複数のサブ・シノグラムのうちの少なくとも2つが前記シノグラムの異なるサブセットに相当する該第二ステップと、
前記複数のサブ・シノグラムの1つずつを逆投影して複数の対応するサブ・イメージを産み出す第三ステップと、
前記サブ・イメージを統合して電子画像を作成する第四ステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記第一及び前記第二ステップのうちの少なくとも一方では、
少なくとも前記シノグラムのうちの1つ及び前記複数のサブ・シノグラムのうちの1つの投影を前記シノグラムの半径座標に沿って半径方向に所定距離シフトして、該シフトされた投影が、画像空間の原点に近接して集められるサブ・イメージに相当するようにすると共に、該半径方向にシフトされた投影を再サンプリングして前記複数のサブ・シノグラムの1つずつの投影の数を減少させる
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第一及び前記第二ステップのうちの少なくとも一方では、少なくとも前記シノグラムのうちの1つ及び前記複数のサブ・シノグラムのうちの1つの投影を前記シノグラムの半径座標に沿って半径方向に所定距離シフトして、該シフトされた投影が、画像空間の原点に近接して集められるサブ・イメージに相当するようにすることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第二ステップは、複数のより小さなサブ・シノグラムを再帰的に産み出すステップであって、該複数のサブ・シノグラムの1つに対して半径方向に窓掛けを行うことによって、該より小さなサブ・シノグラムが半径方向の所定幅で打ち切られている投影を有するように、該複数のより小さなサブ・シノグラムの各々が産み出され、該窓掛けが、該サブ・シノグラムの半径座標において該半径方向の所定幅を超えている値のデータを投影から取り除くものである該ステップを含み、前記再帰的に産み出すステップは、少なくとも該複数のサブ・シノグラムのうちの1つ及び該複数のより小さなサブ・シノグラムのうちの1つの投影を前記サブ・シノグラムの半径座標に沿って半径方向に所定距離シフトして、該シフトされた投影が、画像空間の原点に近接して集められるサブ・イメージに相当するようになる正確再分割と、少なくとも該複数のサブ・シノグラムのうちの1つ及び該複数のより小さなサブ・シノグラムのうちの1つの投影を前記サブ・シノグラムの半径座標に沿って半径方向に所定距離シフトして、該シフトされた投影が、画像空間の原点に近接して集められるサブ・イメージに相当するようになると共に、該シフトされた投影を再サンプリングして前記複数のより小さなサブ・シノグラムの投影の数を減少させる近似再分割とを実行することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第四ステップは再帰的に行なわれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記電子画像は断層イメージであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第一ステップは、前記シノグラムを角度方向及び半径方向の少なくとも一方にオーバーサンプリングして電子画像の精度の向上を果たす、前記シノグラムの前処理を含み、前記第二ステップは、前記サブ・シノグラムを角度方向及び半径方向の少なくとも一方にオーバーサンプリングして電子画像の精度の向上を果たす、前記サブ・シノグラムの前処理を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第二ステップは、前記複数のサブ・シノグラムのうちの少なくとも1つから複数のより小さなサブ・シノグラムへと、該より小さなサブ・シノグラムの各々が所望のサイズのサブ・イメージを表現するようになるまで再帰的に産み出すステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つの前記サブ・イメージは1画素のサイズであることを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記シノグラムはフィルタリングされた投影を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 対象物の電子画像を生成する装置であって、
対象物を走査して該対象物の画像を表現しているデータを生成する手段と、
前記データを処理してフィルタリングされた投影を複数含むシノグラムであって、一方の次元が半径座標によって定義されており、もう一方の次元が角度座標によって定義されている二次元の数値配列である該シノグラムを生成する手段と、
前記シノグラムに対して半径方向に窓掛けを行うことによって、半径方向の所定幅で打ち切られている投影を有している、該シノグラムのサブセットである複数のサブ・シノグラムを産み出し、該窓掛けが、該シノグラムの半径座標において該半径方向の所定幅を超えている値のデータを投影から取り除くものである手段と、
前記複数のサブ・シノグラムの1つずつを逆投影して複数の対応するサブ・イメージを産み出す手段と、
前記サブ・イメージを統合して該電子画像を生成する手段と、
該電子画像を表示する手段と、
を有することを特徴とする装置。 - 前記複数のサブ・シノグラムを産み出す手段は、少なくとも前記シノグラムのうちの1つ及び前記複数のサブ・シノグラムのうちの1つの投影を前記シノグラムの半径座標に沿って半径方向に所定距離シフトして、該シフトされた投影が、画像空間の原点に近接して集められるサブ・イメージに相当するようにすると共に、該シフトされた投影を再サンプリングして前記サブ・シノグラムの投影の数を減少させることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記複数のサブ・シノグラムを産み出す手段は、少なくとも前記シノグラムのうちの1つ及び前記複数のサブ・シノグラムのうちの1つの投影を前記シノグラムの半径座標に沿って半径方向に所定距離シフトして、該シフトされた投影が、画像空間の原点に近接して集められるサブ・イメージに相当するようにすることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記複数のサブ・シノグラムを産み出す手段は、複数のより小さなサブ・シノグラムを再帰的に産み出すものであって、該複数のサブ・シノグラムの1つに対して半径方向に窓掛けを行うことによって、該より小さなサブ・シノグラムが半径方向の所定幅で打ち切られている投影を有するように、該複数のより小さなサブ・シノグラムの各々が産み出され、該窓掛けが、該サブ・シノグラムの半径座標において該半径方向の所定幅を超えている値のデータを投影から取り除くものであり、前記複数のサブ・シノグラムを産み出す手段は、少なくとも該複数のサブ・シノグラムのうちの1つ及び該複数のより小さなサブ・シノグラムのうちの1つの投影を前記サブ・シノグラムの半径座標に沿って半径方向に所定距離シフトして、該シフトされた投影が、画像空間の原点に近接して集められるサブ・イメージに相当するようになる正確再分割と、少なくとも該複数のサブ・シノグラムのうちの1つ及び該複数のより小さなサブ・シノグラムのうちの1つの投影を前記サブ・シノグラムの半径座標に沿って半径方向に所定距離シフトして、該シフトされた投影が、画像空間の原点に近接して集められるサブ・イメージに相当するようになると共に、該シフトされた投影を再サンプリングして前記複数のより小さなサブ・シノグラムの投影の数を減少させる近似再分割とを実行することを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記統合を行なう手段は再帰的に作動することを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記電子画像は断層イメージであることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記複数のサブ・シノグラムを産み出す手段は前記シノグラム及び前記サブ・シノグラムのうちの少なくとも1つに対して角度方向及び半径方向の少なくとも一方にオーバーサンプリングを行なって該電子画像の精度を向上させることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記複数のサブ・シノグラムを産み出す手段は、サブ・シノグラムの各々が所望のサイズのサブ・イメージを表現するようになるまで再帰的に作動することを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 少なくとも1つの前記サブ・イメージは1画素のサイズであることを特徴とする請求項18に記載の装置。
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