JP5345947B2 - Imaging system and imaging method for imaging an object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象物を撮像するための撮像システム、撮像方法及びコンピュータプログラムに関する。本発明は更に、スキャンパラメータを決定するためのスキャンパラメータ決定装置、スキャンパラメータ決定方法及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to an imaging system, an imaging method, and a computer program for imaging an object. The present invention further relates to a scan parameter determination apparatus, a scan parameter determination method, and a computer program for determining a scan parameter.
コンピュータ断層撮影システムは、対象物を撮像する撮像システムである。コンピュータ断層撮影システムは、対象物が配置される検査領域に対して移動するX線源及び検出ユニットを有する。対象物を通過後の放射線に依存した検出値が収集され、収集された検出値を用いて対象物の画像が再構成される。X線源は、一般的に、所望の関心領域を再構成するのに十分な検出値を得るために照射されなければならない対象物の部分のみを照射する。関心領域は一般的に手作業で定められる。手作業で関心領域を定めるために、2次元投影画像が生成され、モニタ上に表示される。そして、ユーザが、グラフィカル・ユーザ・インタフェースを用いて、2次元投影画像上で関心領域を定める。2次元投影画像は、対象物が載せられる対象物テーブルを直線的に移動させ、且つX線源の放射線によって対象物を照射することによって生成される。X線源は、2次元投影画像の生成中は回転されない。 The computer tomography system is an imaging system that images an object. The computed tomography system has an X-ray source and a detection unit that move relative to an examination region where an object is placed. Detection values depending on the radiation after passing through the object are collected, and an image of the object is reconstructed using the collected detection values. The x-ray source typically irradiates only the portion of the object that must be irradiated to obtain a detection value sufficient to reconstruct the desired region of interest. The region of interest is generally defined manually. In order to manually define the region of interest, a two-dimensional projection image is generated and displayed on the monitor. Then, the user defines a region of interest on the two-dimensional projection image using a graphical user interface. The two-dimensional projection image is generated by linearly moving the object table on which the object is placed and irradiating the object with the radiation of the X-ray source. The X-ray source is not rotated during the generation of the two-dimensional projection image.
この関心領域の決定法は、投影方向において、重なり合う対象物の複数の構造が2次元投影画像内で識別されることができず、関心領域の決定の品質を低下させてしまうという欠点を有する。 This region-of-interest determination method has a drawback in that a plurality of structures of overlapping objects cannot be identified in the two-dimensional projection image in the projection direction, thus degrading the quality of determination of the region of interest.
本発明は、関心領域のようなスキャンパラメータの決定が改善される、対象物を撮像する撮像システムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an imaging system for imaging an object in which the determination of scan parameters such as a region of interest is improved.
本発明の第1の態様において、スキャンパラメータに従って対象物をスキャンするように適応された、対象物を撮像する撮像システムが提示される。当該撮像システムは:
− 対象物の2次元投影画像を生成する投影画像生成ユニット、
− 対象物の3次元モデルを提供するモデル提供ユニット、
− 3次元モデルを2次元投影画像と整合させるレジストレーションユニット、
− 整合されたモデルからスキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定ユニット、
を有する。
In a first aspect of the invention, an imaging system for imaging an object is presented that is adapted to scan the object according to scan parameters. The imaging system is:
A projection image generation unit for generating a two-dimensional projection image of the object;
-A model providing unit that provides a 3D model of the object;
A registration unit that aligns the 3D model with the 2D projection image;
-A scan parameter determination unit for determining scan parameters from the matched model;
Have
本発明は、モデルが3次元モデルであるので、投影画像の投影方向内で重なり合う複数の構造を3次元モデル内で識別することができ、スキャンパラメータの決定が改善されるという考えに基づく。 The present invention is based on the idea that since the model is a three-dimensional model, a plurality of structures that overlap in the projection direction of the projected image can be identified in the three-dimensional model, and the determination of scan parameters is improved.
撮像システムは好ましくは更に、2次元投影画像と3次元モデルとの間のレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方を表示する表示ユニットを有する。これにより、ユーザが、2次元投影画像と3次元モデルとの間のレジストレーションを監視すること、及び/又はスキャンパラメータの決定を監視することが可能になる。 The imaging system preferably further comprises a display unit for displaying at least one of registration between the 2D projection image and the 3D model and the determined scan parameters. This allows the user to monitor registration between the 2D projection image and the 3D model and / or monitor scan parameter determination.
更に好ましくは、撮像システムは、2次元投影画像と3次元モデルとの間のレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方をユーザが変更することを可能にする変更ユニットを有する。これにより、ユーザが、2次元投影画像と3次元モデルとの間のレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方を補正することが可能になり、スキャンパラメータの決定が更に改善される。 More preferably, the imaging system comprises a change unit that allows a user to change at least one of registration between the 2D projection image and the 3D model and the determined scan parameters. This allows the user to correct at least one of registration between the 2D projection image and the 3D model and the determined scan parameter, further improving the determination of the scan parameter.
更に好ましくは、撮像システムは、対象物の動きを決定する動き決定ユニットを有し、モデル提供ユニットは、対象物の動く3次元モデルを提供するように適応され、レジストレーションユニットは、決定された対象物の動きを用いて、動く3次元モデルを2次元投影画像と整合させるように適応され、スキャンパラメータ決定ユニットは、整合された動く3次元モデルからスキャンパラメータを決定するように適応される。 More preferably, the imaging system has a motion determining unit for determining the motion of the object, the model providing unit is adapted to provide a moving three-dimensional model of the object, and the registration unit is determined The motion of the object is used to adapt the moving 3D model to the 2D projection image, and the scan parameter determination unit is adapted to determine scan parameters from the aligned moving 3D model.
2次元投影画像の生成中、2次元投影画像の3次元モデルとの整合中、及び整合された3次元モデルからのスキャンパラメータの決定中に対象物の動きが考慮されるので、スキャンされるべき対象物が動く対象物であっても、スキャンパラメータの決定が改善される。 During the generation of the 2D projection image, the object motion is taken into account during the alignment of the 2D projection image with the 3D model and the determination of the scan parameters from the aligned 3D model, so it should be scanned Even if the object is a moving object, the determination of the scan parameters is improved.
一実施形態において、レジストレーションユニットは、2次元投影画像内及び3次元モデル内で検出可能なレジストレーション特徴部をレジストレーションのために用いるように適応される。そのとき、スキャンパラメータ決定ユニットは、整合された3次元モデルからスキャンパラメータを決定するために、3次元モデルのスキャンパラメータ決定特徴部を用いる。こうすることは、レジストレーションのためのレジストレーション特徴部と、スキャンパラメータの決定のためのスキャンパラメータ決定特徴部とを、相互に独立して最適化することを可能にする。これにより、レジストレーション品質及びスキャンパラメータ決定品質が更に向上される。 In one embodiment, the registration unit is adapted to use registration features for registration that are detectable in the 2D projection image and in the 3D model. The scan parameter determination unit then uses the scan parameter determination feature of the 3D model to determine the scan parameter from the matched 3D model. This makes it possible to optimize the registration feature for registration and the scan parameter determination feature for determining the scan parameter independently of each other. Thereby, registration quality and scan parameter determination quality are further improved.
好ましくは、対象物の3次元モデルは、対象物それ自体を有するのみではなく、更なる物体又は構成要素、特にレジストレーション特徴部を有する。例えば、撮像されるべき対象物が患者の心臓である場合、対象物のモデルは好ましくは、心臓を有するのみではなく、ヒト患者の胸部領域内に位置する複数の物体又は構成要素を有する。すなわち、撮像されるべき対象物が患者の心臓である場合、心臓のモデルは好ましくは、患者の心臓と、レジストレーション特徴部として用い得る脊柱及び肋骨のような、胸部領域内の更なる構成要素又は物体と、を含む胸部モデルである。 Preferably, the three-dimensional model of the object not only has the object itself, but also has further objects or components, in particular registration features. For example, if the object to be imaged is a patient's heart, the object model preferably has a plurality of objects or components located not only in the heart but also in the human patient's chest region. That is, if the object to be imaged is the patient's heart, the heart model is preferably the patient's heart and additional components in the chest region, such as the spine and ribs that can be used as registration features. Or a chest model including an object.
好ましくは、モデル提供ユニットは3次元モデルを2次元投影画像に適応させるように適応される。3次元モデルは、投影画像に可能な限り一致するように、例えば、平行移動され、回転され、収縮され、且つ/或いは拡大される等して変形され得る。例えば、絶対差の和又は相関のような類似性の指標を用いることができ、3次元モデルは、2次元投影画像及びシミュレーションされた2次元投影画像に与えられる類似性の指標が最小化されるように変形されることが可能である。ここで、シミュレーションされた2次元投影画像は、例えば、与えられた2次元投影画像の投影の幾何学構成内で、変形された3次元モデルを順投影することによってシミュレーションされたもの等とし得る。現在スキャンされるべき対象物の投影を示す2次元投影画像に3次元モデルが適応されるので、3次元モデルは、標準的な対象物ではなくそれぞれの対象物に適応される。この適応された3次元モデルはそれぞれの対象物に特有の3次元モデルであり、それを用いてスキャンパラメータが決定されるので、スキャンパラメータの決定は更に改善される。 Preferably, the model providing unit is adapted to adapt the 3D model to the 2D projection image. The three-dimensional model can be deformed, for example, translated, rotated, contracted, and / or enlarged to match the projected image as closely as possible. For example, a similarity measure such as a sum or correlation of absolute differences can be used, and the 3D model minimizes the similarity measure given to the 2D projection image and the simulated 2D projection image. It can be modified as follows. Here, the simulated two-dimensional projection image may be, for example, that simulated by forwardly projecting the deformed three-dimensional model within the geometric configuration of the projection of the given two-dimensional projection image. Since the 3D model is applied to a 2D projection image showing the projection of the object to be scanned at the present time, the 3D model is applied to each object, not a standard object. This adapted three-dimensional model is a three-dimensional model specific to each object, and scan parameters are determined using it, so that the determination of scan parameters is further improved.
本発明の更なる一態様において、スキャンパラメータに従って対象物をスキャンする撮像システムによって使用されることが可能な、スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定装置が提供される。当該スキャンパラメータ決定装置は、投影画像生成ユニットにより生成された対象物の2次元投影画像を与えられる。当該スキャンパラメータ決定装置は:
− 対象物の3次元モデルを提供するモデル提供ユニット、
− 3次元モデルを2次元投影画像と整合させるレジストレーションユニット、
− 整合された3次元モデルからスキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定ユニット、
を有する。
In a further aspect of the invention, a scan parameter determination device for determining scan parameters is provided that can be used by an imaging system that scans an object according to scan parameters. The scan parameter determination apparatus is given a two-dimensional projection image of the object generated by the projection image generation unit. The scan parameter determination device is:
-A model providing unit that provides a 3D model of the object;
A registration unit that aligns the 3D model with the 2D projection image;
A scan parameter determination unit for determining scan parameters from the matched 3D model;
Have
本発明の更なる一態様において、スキャンパラメータに従って対象物をスキャンするように適応された、対象物を撮像する撮像方法が提示される。当該撮像方法は:
− 投影画像生成ユニットによって対象物の2次元投影画像を生成する段階、
− モデル提供ユニットによって対象物の3次元モデルを提供する段階、
− レジストレーションユニットによって3次元モデルを2次元投影画像と整合させる段階、
− スキャンパラメータ決定ユニットによって、整合された3次元モデルからスキャンパラメータを決定する段階、
を有する。
In a further aspect of the invention, an imaging method for imaging an object adapted to scan the object according to scan parameters is presented. The imaging method is:
-Generating a two-dimensional projection image of the object by the projection image generation unit;
-Providing a 3D model of the object by the model providing unit;
-Aligning the 3D model with the 2D projection image by means of a registration unit;
-Determining scan parameters from the matched three-dimensional model by a scan parameter determination unit;
Have
本発明の更なる一態様において、スキャンパラメータに従って対象物をスキャンする撮像システムによって使用されることが可能な、スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定方法が提供される。当該スキャンパラメータ決定方法は、投影画像生成ユニットにより生成された対象物の2次元投影画像を与えられる。当該スキャンパラメータ決定方法は:
− モデル提供ユニットによって対象物の3次元モデルを提供する段階、
− レジストレーションユニットによって3次元モデルを2次元投影画像と整合させる段階、
− スキャンパラメータ決定ユニットによって、整合された3次元モデルからスキャンパラメータを決定する段階、
を有する。
In a further aspect of the invention, there is provided a scan parameter determination method for determining a scan parameter that can be used by an imaging system that scans an object according to the scan parameter. The scan parameter determination method is given a two-dimensional projection image of the object generated by the projection image generation unit. The scan parameter determination method is:
-Providing a 3D model of the object by the model providing unit;
-Aligning the 3D model with the 2D projection image by means of a registration unit;
-Determining scan parameters from the matched three-dimensional model by a scan parameter determination unit;
Have
本発明の更なる一態様において、対象物を撮像するためのコンピュータプログラムが提供される。当該コンピュータプログラムは、請求項1に記載の撮像システムを制御するコンピュータ上で実行されるときに、請求項5に記載の撮像方法の段階群をコンピュータに実行させるプログラムコードを有する。 In a further aspect of the present invention, a computer program for imaging an object is provided. The computer program has program code that, when executed on a computer that controls the imaging system according to claim 1, causes the computer to execute the steps of the imaging method according to claim 5 .
本発明の更なる一態様において、スキャンパラメータを決定するためのコンピュータプログラムが提供される。当該コンピュータプログラムは、請求項4に記載のスキャンパラメータ決定装置を制御するコンピュータ上で実行されるときに、請求項6に記載のスキャンパラメータ決定方法の段階群をコンピュータに実行させるプログラムコードを有する。 In a further aspect of the invention, a computer program for determining scan parameters is provided. The computer program has program code that, when executed on a computer that controls the scan parameter determination device according to claim 4 , causes the computer to execute the steps of the scan parameter determination method according to claim 6 .
理解されるように、請求項1に係る撮像システム、請求項4に係るスキャンパラメータ決定装置、請求項5に係る撮像方法、請求項7に係るコンピュータプログラム、及び請求項8に係るコンピュータプログラムは、従属請求項にて規定されるのと同様の好適実施形態及び/又は同一の好適実施形態を有する。
As will be appreciated, the imaging system according to claim 1, the imaging method of the scanning parameter determining apparatus, according to claim 5 according to claim 4, a computer program according to the computer program, and claim 8 according to claim 7, It has the same preferred embodiments as defined in the dependent claims and / or the same preferred embodiments.
理解されるように、本発明の好適実施形態は、例えば2以上の従属請求項とそれぞれの独立請求項との組み合わせとすることもできる。 As will be appreciated, preferred embodiments of the invention may be a combination of, for example, two or more dependent claims and each independent claim.
本発明のこれら及び更なる態様は、以下にて説明する実施形態を参照することにより明らかになる。
図1は、対象物を撮像する撮像システムを示しており、この実施形態においてはコンピュータ断層撮影システム(CTシステム)である。このCTシステムは、z方向に平行に延在する回転軸Rの周りを回転することが可能なガントリー1を含んでいる。ガントリー1には、この実施形態においてはX線源2である放射線源2が取り付けられている。X線源2は、X線源2によって生成された放射線から円錐状の放射線ビーム4を形成するコリメータ装置3を備えている。放射線は、この実施形態においては円筒形である検査領域5内の例えば患者などの対象物(図示せず)を横切る。X線ビーム4は、検査領域5を横切った後、この実施形態においては2次元の検出面を有する検出ユニット6に入射する。検出ユニット6は、ガントリー1に取り付けられている。 FIG. 1 shows an imaging system for imaging an object, which is a computed tomography system (CT system) in this embodiment. The CT system includes a gantry 1 that can rotate around a rotation axis R that extends parallel to the z direction. The gantry 1 is attached with a radiation source 2 which is an X-ray source 2 in this embodiment. The X-ray source 2 includes a collimator device 3 that forms a conical radiation beam 4 from the radiation generated by the X-ray source 2. The radiation traverses an object (not shown), such as a patient, in the examination region 5, which in this embodiment is cylindrical. After crossing the examination region 5, the X-ray beam 4 enters a detection unit 6 having a two-dimensional detection surface in this embodiment. The detection unit 6 is attached to the gantry 1.
この撮像システムは、2つのモータ7、8を有する駆動装置を含んでいる。ガントリー1は、モータ7によって、好ましくは一定であるが調整可能な角速度で回転されることが可能である。検査領域5内の患者テーブル上に配置された例えば患者といった対象物を、回転軸Rの方向すなわちz軸の方向に平行に変位させるためにモータ8が設けられている。これらのモータ7、8は、例えば放射線源2と検査領域5とが螺旋軌道に沿って相対的に移動するように、制御ユニット9によって制御される。しかしながら、検査領域5が移動されずに放射線源2が回転されるのみであること、すなわち、放射線源2が検査領域5に対して円形軌道に沿って移動することも可能である。また、対象物を含む検査領域5が回転軸Rに平行な方向すなわちz軸方向に移動され、放射線源2が回転されないこと、すなわち、放射線源2と検査領域5とが直線軌道に沿って相対的に移動することも可能である。
The imaging system includes a driving device having two motors 7 and 8. The gantry 1 can be rotated by a motor 7, preferably at a constant but adjustable angular speed. A motor 8 is provided for displacing an object such as a patient disposed on the patient table in the examination region 5 in parallel with the direction of the rotation axis R, that is, the direction of the z-axis. These motors 7 and 8 are controlled by the
他の一実施形態においては、コリメータ3は扇状のビームを形成するように適応されてもよく、また、検出ユニット6は1次元検出器であってもよい。 In another embodiment, the collimator 3 may be adapted to form a fan-shaped beam and the detection unit 6 may be a one-dimensional detector.
制御ユニット9は、対象物の画像を再構成するために使用されることになる検出値の収集中に、対象物が1つ以上のスキャンパラメータに従ってスキャンされるように適応される。スキャンパラメータを決定するため、放射線源2と検査領域5とが直線軌道に沿って相対的に移動し、検出ユニット6によって検出値が収集され、検出値が投影画像生成ユニット15に伝送される。これらの検出値の収集中、好ましくは、放射線源2は回転されず、検査領域5ひいては対象物は、例えば、患者が配置される患者テーブルを平行方向すなわち回転軸Rに平行に移動させることによって、z方向に平行すなわち回転軸に平行に移動される。投影画像生成装置15は、対象物の2次元投影画像を生成し、生成された2次元投影画像をスキャンパラメータ決定装置12に送信する。
The
より詳細に図2に示したスキャンパラメータ決定装置12は、対象物の3次元モデルを提供するモデル提供ユニット16と、3次元モデルを2次元投影画像に位置整合(レジストレーション)するレジストレーションユニット17と、整合された3次元モデルからスキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定ユニット18と、2次元投影画像と3次元モデルとの間のレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方をユーザが変更することを可能にする変更ユニット19とを有している。決定されたスキャンパラメータ及び/又は3次元の整合されたモデル、並びに2次元投影画像はディスプレー11上に表示されることが可能である。スキャンパラメータ決定ユニット18によって決定されたスキャンパラメータは制御ユニット9に伝送され、制御ユニット9は、対象物の画像を再構成するために使用されることになる検出値を収集するため、決定されたスキャンパラメータに従って対象物のスキャンを制御する。
In more detail, the scan
制御ユニット9が撮像システムを決定された1つ以上のスキャンパラメータに従って制御していた間に収集された検出値は、対象物の画像を生成する画像生成装置10に与えられる。画像生成装置10は、収集された検出値を用いて対象物の画像を再構成する。
The detection values collected while the
再構成された画像は、最終的に、画像を表示するディスプレー11に与えられ得る。画像生成装置10、スキャンパラメータ決定装置12、及び/又は投影画像生成ユニット15も、好ましくは、制御ユニット9によって制御される。
The reconstructed image can finally be given to the
制御ユニット9は、特に所望のスキャンをユーザが選択あるいは選定することを可能にする、例えばキーボード又はマウス等の、入力ユニット20に接続されている。例えば、複数の対象物が存在し、或る特定の対象物が画像化されるべき場合、ユーザは対象物の或る特定の部分のみを入力することが可能である。
The
この実施形態において、CTシステムは更に、対象物の動きを決定する動き決定ユニット14を有する。動き決定ユニット14は、例えば、心臓、又は心臓の一部すなわち関心領域が画像化されなければならない場合、患者の心臓運動に直接関連する心電図を収集する心電計である。付加的に、あるいは代替的に、動き決定ユニット14は、呼吸によって引き起こされる患者の動きを決定する装置を有することができる。また、動き決定ユニット14は、対象物の画像を再構成するために使用されることになる収集された検出値から対象物の動きを決定するように適応されることが可能である。そのとき、対象物の画像はまた、対象物の一部すなわち対象物の関心領域を画像化することができる。
In this embodiment, the CT system further comprises a
続いて、図3に示すフローチャートを参照して、本発明に従った対象物を撮像する撮像方法の一実施形態を更に詳細に説明する。 Next, an embodiment of an imaging method for imaging an object according to the present invention will be described in more detail with reference to the flowchart shown in FIG.
段階101にて、実行されるべきスキャンタイプが与えられる。例えば、ユーザが、入力装置20を用いて制御ユニット9に、対応する入力信号を入力することによって、スキャンタイプを規定する。ユーザは、例えば、心臓のような患者の或る特定の器官が撮像されるべきことを規定することができる。また、ユーザは、或る器官の一部又は関心領域のような対象物の一部のみが撮像されるべきことを規定することができる。さらに、例えば、ユーザは、心臓コンピュータ断層撮影血管造影スキャン(心臓CTAスキャン)が実行されるべきことを規定することができる。ユーザにより行われる選択等によってスキャンタイプが与えられない場合には、所定の初期設定のスキャンタイプが以降の段階で用いられる。
At
段階102にて、2次元投影画像が生成される。この2次元投影画像の生成のため、X線源2は回転せず、対象物を含む検査領域5がz方向すなわち回転軸Rに平行な方向に移動される。すなわち、X線源2と検査領域5とが直線軌道に沿って相対的に移動する。X線源2は、検査領域5内の対象物を横切るX放射線を放射する。対象物を通過したX放射線が検出ユニット6によって検出され、検出ユニット6が検出値を生成する。これらの検出値は投影画像生成ユニット15に伝送され、投影画像生成ユニット15は検出値から対象物の投影画像を生成する。この投影画像は概観画像である。すなわち、この投影画像は、段階101にて規定されたスキャンタイプを実行することを可能にするためにスキャンされなければならない対象物、対象物の一部、又は対象物内の関心領域を含むのに十分な大きさであることが確実な検査領域5の領域を示す。例えば、段階101にて患者の心臓全体が撮像されるべきことが定められた場合、すなわち、心臓スキャンタイプが規定された場合、投影画像が確実に少なくともヒトの心臓を示すように、検出値が収集され且つ投影画像が生成される。例えば、この場合において、投影画像は胸部全体を示すことができる。このような投影画像は例えばスキャノグラム(scanogram)である。
In
段階103にて、モデル提供ユニット16によって対象物の3次元モデルが提供される。モデル提供ユニット16は、例えば、段階101にて規定されたスキャンタイプに対応する対象物の3次元モデルが格納されたメモリである。例えば、段階101にてユーザによって心臓スキャンタイプが規定された場合、モデル提供ユニット16は、心臓を有する3次元モデルを提供する。好ましくは、この3次元モデルは心臓自体を有するのみではなく、2次元投影画像内及び3次元モデル内で検出可能なレジストレーション造形物をも有する。これらのレジストレーション造形物は、例えば、胸部の骨である。
In
3次元モデルは、例えば、段階101にて規定されたスキャンタイプに対応するそれぞれの解剖学的領域の解剖学的モデルである。解剖学的モデルは、例えば、頭部/頸部領域、胸部/腹部領域、骨盤、又は脚部領域のモデルである。これらの解剖学的モデルは、それぞれの解剖学的領域内に位置する対応する骨格及び軟組織、特に器官、を有する。例えば、胸部領域の解剖学的モデルは好ましくは、脊柱、胸郭、心臓、大動脈及び主要動脈枝、肺、気管、並びに横隔膜の全体を含む。1つのモデルが、例えば、Tobias Klinderの学位論文「Geometrical Rib-Cage Modeling, Detection, and Segmentation」、ハノーバー大学、2006年に開示されている。
The three-dimensional model is, for example, an anatomical model of each anatomical region corresponding to the scan type defined in
段階102及び103の順序は入れ替え可能である。すなわち、段階103は段階102の前に実行されてもよい。
The order of
段階104にて、提供された3次元モデル及び2次元投影画像はレジストレーションユニット17に伝送され、レジストレーションユニット17は、3次元モデルを2次元投影画像に整合させ、好ましくは更に、3次元モデルを2次元投影画像に適応させる。このレジストレーション及び適応化のため、この実施形態においては、レジストレーション特徴部が用いられる。レジストレーション特徴部は、好ましくは、3次元モデル内及び2次元投影画像で識別されることが可能な骨格である。投影画像内の骨格は、閾値振り分け、探索光線を投じること(キャスティング)、及び/又は汎用ハフ変換を用いることによって検出することができる。探索光線のキャスティングの使用は、例えば、C.Lorenz、J.v.Bergの「Fast automated object detection by recursive casting of search rays」、CARS、2005年に開示されており、汎用ハフ変換の使用は、例えば、D.H.Ballardの「Generalizing the Hough transform to detect arbitrary shapes」、Recognition、1981年、第13巻、第2号、p.111-122に開示されている。
In
骨格は好ましくは、表面近傍の皮質骨と構造内の骨髄との間の密度変化により与えられる構造を横切る濃淡値パターンによって特徴付けられる。探索される構造の典型的な寸法に関係するこの変化は、この容積部を貫通するように投じられる探索光線(探索光線のキャスティング)によって検出されることが可能である。 The skeleton is preferably characterized by a gray value pattern across the structure given by the density change between the cortical bone near the surface and the bone marrow in the structure. This change in relation to the typical dimensions of the structure to be searched can be detected by a search beam (search beam casting) that is cast through this volume.
レジストレーションユニット17は、レジストレーション特徴部を用いて、すなわち、この実施形態においては検出された骨格を用いて、2次元投影画像に対して3次元モデルを位置付け、3次元モデルを2次元投影画像に適応させる。投影画像に対するモデルの位置決め及び適応化は、2D−3Dレジストレーション法を用いることによって行われる。好ましくは、モデルは、この実施形態においては骨格であるモデルのレジストレーション特徴部が投影画像のレジストレーション特徴部に可能な限り一致するように位置付けられ、変形される。この変形は好ましくは、3次元モデルの並進、回転、及び拡大若しくは縮小を含む。2D−3Dレジストレーション法は、例えば、J.Weese、T.M.Buzug、C.Lorenz、C.Fassnachtの「An approach to 2D/3D registration of a vertebra in 2D X-ray fluoroscopies with 3D CT images」、VRMed、1997年、p.119-128、ISBS:3-540-62794-0等に記載されているような、シミュレーションされた投影画像、若しくはモデルから生成された放射線写真、又は、S.Lavallee、R.Szeliskiの「Recovering the position and orientation of free form objects from image contours using 3D distance maps」、IEEE PAMI、1995年、第17巻、第4号等に記載されているような、輪郭線(シルエットライン)の投影画像内のエッジ形状への整合を用いる。例えば、絶対差の和又は相関のような類似性の指標を用いることができ、3次元モデルは、2次元投影画像のレジストレーション特徴部及びシミュレーションされた2次元投影画像のレジストレーション特徴部に与えられる類似性の指標が最小化されるように変形されることが可能である。ここで、シミュレーションされた2次元投影画像は、例えば、与えられた2次元投影画像の投影の幾何学構成内で、変形された3次元モデルを順投影すること、特に変形された3次元モデルのレジストレーション特徴部を順投影することによってシミュレーションされたもの等とし得る。上述のように、レジストレーション特徴部は例えば骨であり、特に、骨のシルエットライン及びエッジ形状である。
The
例えば、3次元モデルが胸部モデルである場合、好ましくは、2次元投影画像内で脊柱及び肋骨がレジストレーション特徴部として検出される。このとき、好ましくは、上述の探索光線のキャスティング技術又は汎用ハフ変換が用いられる。そして、2D−3Dレジストレーション法は好ましくは、3次元モデルの肋骨及び/又は脊柱が2次元投影画像内で特定された肋骨及び/又は脊柱と可能な限り一致するように3次元胸部モデルを位置付け且つ適応することによって実行される。 For example, if the 3D model is a chest model, preferably the spinal column and ribs are detected as registration features in the 2D projection image. At this time, preferably, the above-described search beam casting technique or general-purpose Hough transform is used. The 2D-3D registration method then preferably positions the 3D chest model so that the ribs and / or spine of the 3D model matches as closely as possible the ribs and / or spine identified in the 2D projection image. And by adapting.
この実施形態において、動き決定ユニット14は、例えば検査領域5内に存在する心臓の動きといった対象物の動きを決定している。故に、提供された3次元モデルは好ましくは、対象物の動く3次元モデルであり、レジストレーションユニット17は、投影画像の収集中の対象物の決定された動きを用いて、動く3次元モデルを2次元投影画像に整合させ、且つ好ましくは、動く3次元モデルを2次元投影画像に適応させるように適応される。故に、各投影画像、又は幾つかの投影画像に関して、対象物の、対応する動きの位相が決定され、レジストレーション及び好ましくは適応化の際に、それぞれの動き位相における動く3次元モデルが、該それぞれの動き位相を有する2次元投影画像に整合され、且つ好ましくは適応される。
In this embodiment, the
段階105にて、整合された3次元モデルはスキャンパラメータ決定ユニット18に伝送され、整合された3次元モデルから1つ以上のスキャンパラメータが決定される。3次元モデル内では対象物の寸法及び位置は既知であるため、1つ以上のスキャンパラメータは、対象物が、すなわち、例えば、対象物全体、対象物の一部、又は対象物の関心領域が、撮像システムによって撮像されるように決定されることが可能である。例えば、撮像されるべき対象物が心臓であり、且つ3次元モデルが、2次元投影画像に対して既に整合された胸部モデルである場合、放射ユニット2の光線によってスキャンされるべき領域は、心臓全体、心臓の一部、又は心臓の関心領域が再構成され得るようなスキャンパラメータとして決定されることができる。また、心臓の3次元モデルを含む整合された3次元胸部モデルから、例えば、ボーラス注入法の遅延時間に使用される大動脈コントラストピーク測定の断層位置及び断層内位置が決定され得る。
In
好ましくは、3次元モデルは、構成要素固有の局所座標系を担持する構成要素(例えば、個々の椎骨、肋骨、器官)から成る胸部モデルのような解剖学的な3次元モデルである。個々の座標系間の関係は、例えば解剖学的3次元モデルの生成中に学習することによって既知である。この実施形態においては骨格であるレジストレーション特徴部の位置、向き及び寸法は、レジストレーション段階104の後には既知であり、且つレジストレーション特徴部すなわちレジストレーション用の構成要素、及び軟組織器官のようなその他の構成要素の個々の座標系間の空間的関係は既知であるので、例えば、心臓の位置、向き及び寸法といった、解剖学的3次元モデル内の対象物又は解剖学的モデル内の関心領域の位置、向き及び寸法は容易に決定され得る。
Preferably, the three-dimensional model is an anatomical three-dimensional model, such as a chest model consisting of components (eg, individual vertebrae, ribs, organs) that carry a component-specific local coordinate system. The relationship between individual coordinate systems is known, for example, by learning during the generation of an anatomical three-dimensional model. The position, orientation, and dimensions of the registration feature, which is the skeleton in this embodiment, are known after the
1つ以上の対象物又は構成要素の位置、向き及び寸法は既知であるので、この情報を、段階101にて規定されたスキャンタイプに応じた少なくとも1つのスキャンパラメータを決定するために用いることができる。例えば、心臓全体を撮像することを要する心臓スキャンが段階101にて規定されている場合、その特定患者の心臓の位置、向き及び寸法が既知であるため、心臓の画像を再構成するために照射されなければならない患者の領域が容易に決定され得る。また、心臓CTAスキャンタイプが段階101にて与えられている場合、整合された解剖学的モデルから大動脈の位置、向き及び寸法を決定することができ、ボーラス注入法の遅延時間に使用されるコントラストピーク測定のために大動脈の画像が再構成され得るようにスキャンパラメータを定めることが可能である。このボーラスは心臓の血管を可視化するために使用される造影急速静注薬である。
Since the position, orientation and dimensions of one or more objects or components are known, this information can be used to determine at least one scan parameter depending on the scan type defined in
1つ以上のスキャンパラメータの決定は、好ましくは、自動で行われる。 The determination of one or more scan parameters is preferably done automatically.
段階106にて、ディスプレー11が、2次元投影画像、整合された3次元モデル、及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも1つを表示する。段階107にて、ユーザが変更ユニット19を用いることによって、3次元モデルの、2次元投影画像及び/又は決定されたスキャンパラメータとのレジストレーションが変更され得る。変更ユニット19は、例えば、ユーザが、例えば2次元投影画像に対する3次元モデルの位置を変更することによってレジストレーションを変更すること、又は、例えば段階105にて選択的にスキャンパラメータとして決定された検査領域5の関心領域を変更することによって決定されたスキャンパラメータを変更することを可能にするグラフィカル・ユーザ・インタフェースを有する。ユーザが3次元モデルの2次元投影画像とのレジストレーションを変更する場合、好ましくは、3次元モデルの2次元投影画像との変更されたレジストレーションを用いて、再び段階105にてスキャンパラメータが決定される。他の一実施形態においては、段階107にてレジストレーションがユーザによって変更された後、この方法は、2次元投影画像に対する3次元モデルの変更された位置を、レジストレーションのための2次元投影画像に対する3次元モデルの初期状態での位置として用いて、あるいは、或る固定位置と変更ユニット19によって変更された向きとを有する3次元モデルを2次元投影画像に適応させるために3次元モデルの拡大若しくは縮小のみを行って、段階104におけるレジストレーションを続けることができる。
At
段階108にて、段階105にて決定されたスキャンパラメータに従って、検査領域5、故に対象物がスキャンされる。例えば、撮像されるべき検査領域5内の領域、すなわち、関心領域など、であるスキャンパラメータが段階105にて決定された場合、放射線源2及び検査領域5は、段階105にて定められた検査領域内の領域の画像を再構成するのに十分な検出値が収集されるように相対移動する。段階109にて、段階108にて収集された検出値を用いて、対象物の画像が再構成される。この再構成は再構成ユニットによって実行される。再構成ユニットは好ましくは、対象物を再構成するためにフィルタ補正逆投影技術を用いる。逆ラドン変換のようなその他の再構成技術も使用可能である。再構成において、好ましくは、動き決定ユニット14によって決定された対象物の動きが考慮される。
In
段階106及び/又は107は省略してもよい。段階106が省略される場合、対象物を撮像する撮像方法は、3次元モデルの2次元投影画像とのレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方を視覚化することを行わない。段階107が省略される場合、対象物を撮像する撮像方法は、3次元モデルの2次元投影画像とのレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方を変更することを可能にしない。
以下、図4を参照して、スキャンパラメータに従って対象物をスキャンする撮像システムによって使用され得る、スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定方法の一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of a scan parameter determination method for determining a scan parameter that can be used by an imaging system that scans an object according to the scan parameter will be described with reference to FIG.
段階201にて、撮像されるべき対象物の3次元モデルがモデル提供ユニット16によって提供される。この3次元モデルの提供は図3の段階103に対応する。
In
段階202にて、提供された3次元モデルと、投影画像生成ユニット15によって提供された対象物の2次元投影画像とが、レジストレーションユニット17によって整合される。さらに、好ましくは、レジストレーションユニット17は3次元モデルを2次元投影画像に適応させる。この段階202は段階104に対応する。
In
段階203にて、整合された3次元モデルはスキャンパラメータ決定ユニット18に伝送され、整合された3次元モデルから1つ以上のスキャンパラメータが決定される。この整合された3次元モデルからの1つ以上のスキャンパラメータの決定は、図3の段階105に対応する。
In
段階204にて、ディスプレー11が、2次元投影画像、整合された3次元モデル、及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも1つを表示する。段階205にて、ユーザが変更ユニット19を用いることによって、3次元モデルの、2次元投影画像及び/又は決定されたスキャンパラメータとのレジストレーションが変更され得る。この変更ユニット19による変更の提供は、図3の段階107に対応する。
At
段階206にて、スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定方法は終了する。
In
段階201−205の一層詳細な説明については、上述の対応する段階103−107を参照することができる。 For a more detailed description of steps 201-205, reference may be made to the corresponding steps 103-107 described above.
段階204及び/又は205は省略してもよい。段階204が省略される場合、3次元モデルと2次元投影画像とのレジストレーション及びスキャンパラメータのうちの少なくとも一方を視覚化することは行われず、段階205が省略される場合、スキャンパラメータ決定方法は、3次元モデルの2次元投影画像とのレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方をユーザが変更することを可能にしない。
上述の撮像システムは動き決定ユニット14を有するが、本発明は、動き決定ユニットを有する撮像システムに限定されない。例えば、撮像システムは、動き決定ユニットを有しない撮像システムとしてもよい。
Although the imaging system described above has a
表現“対象物の撮像”及び類似の表現は、対象物全体、対象物の一部、及び/又は対象物の関心領域の撮像を含む。また、撮像システムは複数の対象物を撮像してもよい。 The expression “imaging object” and similar expressions includes imaging the entire object, a part of the object, and / or a region of interest of the object. The imaging system may image a plurality of objects.
本発明は、コンピュータ断層撮影システムである撮像システムに限定されない。例えば、撮像システムは、Cアーム上に搭載されたX線システムであってもよい。 The present invention is not limited to an imaging system that is a computed tomography system. For example, the imaging system may be an X-ray system mounted on the C arm.
本発明は、器官又は患者のその他の対象物を撮像する撮像システムに限定されない。例えば、技術的な対象物が撮像されてもよい。例えば、製造品質制御においては、技術的な対象物を監視目的で撮像しなければならないが、技術的な対象物は異なることがあり、同じように撮像システム内に配置することができないことがある。本発明に従った撮像システム及びスキャンパラメータ決定装置は、製造品質制御において、それぞれの技術的対象物の形態、位置及び向きに関係なく、技術的対象物を再現性良く、正確に且つ信頼性高く監視することを可能にする。 The present invention is not limited to imaging systems that image organs or other objects of a patient. For example, a technical object may be imaged. For example, in manufacturing quality control, a technical object must be imaged for monitoring purposes, but the technical object may be different and cannot be placed in the imaging system in the same way. . The imaging system and the scan parameter determination device according to the present invention can accurately and highly reliably reproduce a technical object in manufacturing quality control regardless of the form, position, and orientation of each technical object. Makes it possible to monitor.
請求項記載発明を実施しようとする当業者は、図面、開示及び従属請求項から学ぶことにより、開示された実施形態のその他の変更を理解し、変更を行うことができる。特許請求の範囲において、用語“有する”はその他の要素又は段階を排除するものではなく、不定冠詞“a又はan”は複数であることを排除するものではない。特に、請求項1内の用語“スキャンパラメータ”は、本発明を、唯一のスキャンパラメータの決定に限定するものではない。複数のスキャンパラメータが本発明に従って決定され得る。 Those skilled in the art in practicing the claimed invention can understand and make other changes to the disclosed embodiments by learning from the drawings, the disclosure and the dependent claims. In the claims, the term “comprising” does not exclude other elements or steps, and the indefinite article “a or an” does not exclude a plurality. In particular, the term “scan parameter” in claim 1 does not limit the invention to the determination of the only scan parameter. A plurality of scan parameters may be determined according to the present invention.
単一のユニットが、特許請求の範囲に記載された複数の品目の機能を果たしてもよい。特定の複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないということを指し示すものではない。 A single unit may fulfill the functions of several items recited in the claims. The mere fact that certain measures are recited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measured cannot be used to advantage.
コンピュータプログラムは、その他のハードウェアとともに、あるいはその他のハードウェアの一部として提供される、例えば光記憶媒体又は半導体媒体などの、好適な媒体に格納あるいはそれ上で流通されてもよいし、例えばインターネット又はその他の有線若しくは無線の電気通信システムを介して等、その他の形態で流通されてもよい。 The computer program may be stored on or distributed on any suitable medium, such as an optical storage medium or semiconductor medium, provided with or as part of other hardware, for example, It may be distributed in other forms, such as via the Internet or other wired or wireless telecommunication systems.
特許請求の範囲中の如何なる参照符号も本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。 Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope.
Claims (8)
− 前記対象物の2次元投影画像を生成する投影画像生成ユニット、
− 前記対象物の所与の解剖学的3次元モデルを提供するモデル提供ユニットであり、該3次元モデルは、前記2次元投影画像内及び該3次元モデル内で検出可能なレジストレーション特徴部を含む、モデル提供ユニット、
− 前記3次元モデルを前記2次元投影画像と整合させるレジストレーションユニットであり、前記3次元モデルを前記2次元投影画像に適応させるように構成されたレジストレーションユニット、
− 整合された3次元モデルから前記スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定ユニット、
を有する撮像システム。 An imaging system for imaging an object adapted to scan an object according to scan parameters:
A projection image generation unit for generating a two-dimensional projection image of the object;
A model providing unit for providing a given anatomical 3D model of the object, the 3D model comprising registration features that are detectable in the 2D projection image and in the 3D model; Including model providing unit ,
A registration unit for aligning the 3D model with the 2D projection image, the registration unit configured to adapt the 3D model to the 2D projection image ;
A scan parameter determination unit for determining the scan parameters from the matched three-dimensional model;
An imaging system.
当該スキャンパラメータ決定装置は:
− 前記対象物の所与の解剖学的3次元モデルを提供するモデル提供ユニットであり、該3次元モデルは、前記2次元投影画像内及び該3次元モデル内で検出可能なレジストレーション特徴部を含む、モデル提供ユニット、
− 前記3次元モデルを前記2次元投影画像と整合させるレジストレーションユニットであり、前記3次元モデルを前記2次元投影画像に適応させるように構成されたレジストレーションユニット、
− 整合された3次元モデルから前記スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定ユニット、
を有する、スキャンパラメータ決定装置。 A scan parameter determination device for determining a scan parameter, which can be used by an imaging system that scans an object according to a scan parameter, wherein the scan parameter determination device is generated by a projection image generation unit. Given a two-dimensional projection image of
The scan parameter determination device is:
A model providing unit for providing a given anatomical 3D model of the object, the 3D model comprising registration features that are detectable in the 2D projection image and in the 3D model; Including model providing unit ,
A registration unit for aligning the 3D model with the 2D projection image, the registration unit configured to adapt the 3D model to the 2D projection image ;
A scan parameter determination unit for determining the scan parameters from the matched three-dimensional model;
A scan parameter determination device.
− 投影画像生成ユニットが前記対象物の2次元投影画像を生成する段階、
− モデル提供ユニットが前記対象物の所与の解剖学的3次元モデルを提供する段階であり、該3次元モデルは、前記2次元投影画像内及び該3次元モデル内で検出可能なレジストレーション特徴部を含む、段階、
− レジストレーションユニットが前記3次元モデルを前記2次元投影画像と整合させる段階であり、前記3次元モデルを前記2次元投影画像に適応させる、段階、
− スキャンパラメータ決定ユニットが、整合された3次元モデルから前記スキャンパラメータを決定する段階、
を有する撮像方法。 An imaging method for imaging an object adapted to scan an object according to scan parameters, comprising:
A projection image generation unit generates a two-dimensional projection image of the object;
The model providing unit provides a given anatomical 3D model of the object, the 3D model being registered in the 2D projection image and in the 3D model detectable in the 3D model; Including parts, stages ,
-A registration unit aligning the 3D model with the 2D projection image, and adapting the 3D model to the 2D projection image ;
A scan parameter determination unit determines the scan parameters from the matched three-dimensional model;
An imaging method comprising:
当該スキャンパラメータ決定方法は:
− モデル提供ユニットが前記対象物の所与の解剖学的3次元モデルを提供する段階であり、該3次元モデルは、前記2次元投影画像内及び該3次元モデル内で検出可能なレジストレーション特徴部を含む、段階、
− レジストレーションユニットが前記3次元モデルを前記2次元投影画像と整合させる段階であり、前記3次元モデルを前記2次元投影画像に適応させる、段階、
− スキャンパラメータ決定ユニットが、整合された3次元モデルから前記スキャンパラメータを決定する段階、
を有する、スキャンパラメータ決定方法。 A scan parameter determination method for determining a scan parameter, which can be used by an imaging system that scans an object according to a scan parameter, the scan parameter determination method comprising the object generated by a projection image generation unit Given a two-dimensional projection image of
The scan parameter determination method is:
The model providing unit provides a given anatomical 3D model of the object, the 3D model being registered in the 2D projection image and in the 3D model detectable in the 3D model; Including parts, stages ,
-A registration unit aligning the 3D model with the 2D projection image, and adapting the 3D model to the 2D projection image ;
A scan parameter determination unit determines the scan parameters from the matched three-dimensional model;
A method for determining scan parameters.
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