JP5546098B2 - 3次元画像ボリュームの再構成方法およびx線装置 - Google Patents
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L.A.Feldkamp,L.C.Davis,J.W.Kress:"Practical Cone−Beam Algorithm",J.Opt.Soc.Am.A,Vol.1,No.6,pp.612−619 A.Katsevich:"Image Reconstraction for the Circle and Arc Trajectory",Physics in Medicine and Biology,Vol.50,pp.2249−2265,April 2005 J.Pack,F.Noo:"Cone−Beam Reconstruction Using 1D Filtering Along the Projection of M−Lines",Inverse Problems,Vol.21,pp.1105−1120,April 2005 J.Pack,F.Noo,R.Clackdoyle:"Cone−Beam Reconstruction Using the Backprojection of Locally Filtered Projections",IEEETransactions on Medical Imaging,Vol.24,No.1,pp.70−85,January 2005 E.Y.Sidky,Y.Zou,X.Pan:"Minimum Data Image Reconstruction Algorithrns with Shift−Invariant Filtering for Helical,Cone−Beam CT"、Physics in Medicine and Biology,Vol.50,pp.1643−1657,2005 L.Yu,D.Xia,Y.Zou,X.Pan,C.Pelizzari,P.Munro:"Region of Interest Reconstruction from Truncated Data in Circular Cone−Beam CT",Proceedings of the SPIE,Vol.5747,pp.412−418,2005 E.Y.Sidky,Y.Zou,X.Pan:"A Minimum Data FBP−Type Algorithm for Image Reconstruction in Cone−Beam CT",Eighth International Meeting on Fully Three−Dimensional Image Reconstruction in Radiology and Nuclear Medicine,Salt Lake City,Utah,6−9 July,2005 V.Liu,N.R.Lariviere,G.Wang:"X−Ray Micro−CT with a Displaced Detector Array:Application to helical cone−beam reconstruction",Medical Physics,Vol.30,No.10,pp.2758−2761,October 2003 P.S.Cho,A.D.Rudd,R.H.Johnson:"Cone−Beam CT from Width−Truncated Projections",Computerized Medical Imaging and Graphics,Vol.20,No.1,pp.49−57,1996
3次元画像ボリュームの再構成方に関する課題は、本発明によれば、焦点を有するX線源と検出器とを備えた撮影システムが関心領域の周りを回転する間に撮影された関心領域の複数の2次元投影画像から3次元画像ボリュームを、画像ボリュームのボクセルのグレー値を投影画像の逆投影により算出することによって再構成する3次元画像ボリュームの再構成方法であって、各2次元投影画像がそれぞれ少なくとも2つの個別投影画像から1つの拡張された2次元投影画像に合成され、それぞれ少なくとも2つの個別投影画像が焦点と関心領域との間の一定の相対的位置において撮影される3次元画像ボリュームの再構成方法において、それぞれ少なくとも2つの個別投影画像は、焦点および撮影システムが位置固定である際に関心領域が焦点の周りをまたは焦点を通る回転軸線の周りを回転する回転角に関して異なっており、投影画像の撮影順序は、先ず関心領域の周りにおける撮影システムの第1の回転循環において全ての第1の個別投影画像が撮影され、続いて関心領域の周りにおける撮影システムの第2の回転循環において全ての第2の個別投影画像が撮影されるように定められ、各第1の投影画像がそれぞれ1つの第2の投影画像と合成されることによっても解決される(請求項2)。
X線装置に関する課題は、本発明によれば、関心領域の2次元投影画像を撮影するためのX線源およびX線検出器を含む撮影システムと、関心領域を横たわせるための空間的に移動可能な寝台装置と、2次元投影画像から3次元画像ボリュームを再構成するための制御および計算ユニットとを備え、撮影システムは、X線源とX線検出器との間における第1の回転中心の周りを回転可能であることによっても解決される(請求項14)。
3次元画像ボリュームの再構成方法に関する本発明の有利な実施態様は次の通りである。
・それぞれ2つの個別投影画像が作成されて1つの拡張された投影画像に合成される(請求項3)。
・少なくとも2つの個別投影画像のそれぞれの回転角が一平面内に配置されている(請求項4)。
・焦点を中心とする撮影システムまたは関心領域のそれぞれの回転は、関心領域の周りにおける撮影システムの回転平面内にある(請求項5)。
・第1の個別投影画像は焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムの第1の回転角において撮影され、第2の個別投影画像は焦点を中心とするまたは焦点を通る回転軸線を中心とする撮影システムの第2の回転角において撮影され、第1の回転角が負の第2の回転角に一致する。
・それぞれ合成される個別投影画像が0%よりも大きく50%よりも小さい相互の重なりを有する(請求項6)。
・それぞれ合成される個別投影画像が0%よりも大きく10%よりも小さい相互の重なりを有する(請求項7)。
・投影画像の撮影順序は、先ず関心領域の周りにおける撮影システムの第1の回転循環において全ての第1の個別投影画像が撮影され、続いて関心領域の周りにおける撮影システムの第2の回転循環において全ての第2の個別投影画像が撮影されるように定められ、各第1の投影画像がそれぞれ1つの第2の投影画像と合成される(請求項8)。
・投影画像の撮影順序は、それぞれ1つの拡張2次元投影画像に合成されるそれぞれ少なくとも2つの個別投影画像が関心領域の周りにおける撮影システムの唯一の回転循環においてそれぞれ直接的な続きで撮影されるように定められている(請求項9)。
・投影画像を撮影するためにX線源から発生されるX線ビームがコーンビームの形状を有する(請求項10)。
・投影画像を撮影するためにX線源から発生されるX線ビームがファンビームの形状を有する(請求項11)。
・仮想検出器がX線検出器の検出器マトリックスのデカルト座標配置に基づいて構成されることによって、少なくとも2つの個別投影画像が合成される(請求項12)。
・仮想検出器がフィルタラインの配置に基づいて構成されることによって、少なくとも2つの個別投影画像が合成される(請求項13)。
図2は湾曲形X線検出器を用いた患者の遮断された投影のジオメトリを示し、
図3は平坦形X線検出器を用いた患者の遮断された投影のジオメトリを示し、
図4は湾曲形X線検出器を用いて本発明にしたがって互いに隣接する2つの投影から合成された拡張投影のジオメトリを示し、
図5は平坦形X線検出器を用いて本発明にしたがって互いに隣接する2つの投影から合成された拡張投影のジオメトリを示し、
図6は湾曲形X線検出器を用いて本発明にしたがって部分的に重ね合わされた2つの投影から合成された拡張投影のジオメトリを示し、
図7は平坦形X線検出器を用いて本発明にしたがって部分的に重ね合わされた2つの投影から合成された拡張投影のジオメトリを示し、
図8は合成された投影画像から本発明による3次元画像ボリュームを再構成する方法を示し、
図9は投影画像を撮影するための円状曲線軌道についての撮影プロトコルを示し、
図10は投影画像を撮影するための円状曲線軌道についての他の撮影プロトコルを示し、
図11は投影画像を撮影するための円状曲線軌道についての別の撮影プロトコルを示し、
図12は異なる回転角による撮影システムの2つの投影方向を有する軌道曲線の一部を示し、
図13は回転可能なCアームおよび旋回可能な撮影システムを有する本発明によるX線システムを示し、
図14は多関節アームロボットを有する他の本発明によるX線システムを示し、
図15はX線焦点の回転平面内でX線焦点の周りを関心領域が移動する際に第1の位置にある関心領域を有する投影ジオメトリを示し、
図16はX線焦点の回転平面内でX線焦点の周りを関心領域が移動する際に第2の位置にある関心領域を有する投影ジオメトリを示し、
図17は関心領域の異なった回転角を有する撮影システムの2つの投影方向を有する軌道曲線の一部を示し、
図18は合成される2つの個別投影画像間で関心領域も撮影システムも移動される場合の投影ジオメトリを示し、
図19は合成される2つの個別投影画像間で関心領域も撮影システムも移動される場合の他の投影ジオメトリを示し、
図20は合成される2つの個別投影画像間で関心領域も撮影システムも移動される場合の2つの回転循環の一部を示し、
図21は個別投影画像と仮想検出器との関係を示し、
図22は検出器に基づく仮想検出器の構成原理の空間的表示を示し、
図23はフィルタ線(フィルタライン)に基づく仮想検出器の構成原理の空間的表示を示す。
(a)xi’=H’ xi
(b)xj”=H” xj
2 Cアーム
3 X線源
4 X線検出器
4.1 湾曲形X線検出器
4.2 平坦形X線検出器
5 関心領域
6 患者用寝台
7 制御および計算ユニット
8 データメモリ
9 計算モジュール
10 画面
11 回転軸線
12 回転方向
13 X線ビーム
14 軌道曲線
15 焦点
16 放射方向(投影方向)
17 投影中心
18 回転方向
20 仮想検出器
21 第1のステップ
22 第2のステップ
23 第3のステップ
24 曲線点
25 レール
30 CアームX線装置
31 ロボット式X線装置
32 多関節アームロボット
33 関心領域の中心点
34 投影方向
36 移動可能な患者用テーブル
40 焦点の両位置間の接続区間
41 関心領域の中心点の両位置間の接続区間
α 第1の回転角
β 第2の回転角
χ 第1の回転角
δ 第2の回転角
H’ 第1のホモグラフィ
H” 第2のホモグラフィ
I’ 第1の投影画像
I” 第2の投影画像
xi 拡張投影画像における点
xj 拡張投影画像における点
xi’ 第1の個別投影画像I’における点
xj” 第2の個別投影画像I”における点
Claims (17)
- 焦点(15)を有するX線源(3)と検出器(4)とを備えた撮影システム(3;4)が関心領域(5)の周りを回転する間に撮影された関心領域の複数の2次元投影画像から3次元画像ボリュームを、画像ボリュームのボクセルのグレー値を投影画像の逆投影により算出することによって再構成する3次元画像ボリュームの再構成方法であって、
各2次元投影画像がそれぞれ少なくとも2つの個別投影画像から1つの拡張された2次元投影画像に合成され、それぞれ少なくとも2つの個別投影画像が焦点(15)と関心領域(5)との間の一定の相対的位置において撮影される3次元画像ボリュームの再構成方法において、
それぞれ少なくとも2つの個別投影画像は、焦点(15)および撮影システム(3;4)が位置固定である際に関心領域(5)が焦点(15)の周りをまたは焦点(15)を通る回転軸線の周りを回転する回転角に関して異なっており、
それぞれ合成される個別投影画像が0%よりも大きく50%よりも小さい相互の重なりを有し、重なりが関心領域(5)の大きさに依存して設定される
ことを特徴とする3次元画像ボリュームの再構成方法。 - 焦点(15)を有するX線源(3)と検出器(4)とを備えた撮影システム(3;4)が関心領域(5)の周りを回転する間に撮影された関心領域の複数の2次元投影画像から3次元画像ボリュームを、画像ボリュームのボクセルのグレー値を投影画像の逆投影により算出することによって再構成する3次元画像ボリュームの再構成方法であって、
各2次元投影画像がそれぞれ少なくとも2つの個別投影画像から1つの拡張された2次元投影画像に合成され、それぞれ少なくとも2つの個別投影画像が焦点(15)と関心領域(5)との間の一定の相対的位置において撮影される3次元画像ボリュームの再構成方法において、
それぞれ少なくとも2つの個別投影画像は、焦点(15)および撮影システム(3;4)が位置固定である際に関心領域(5)が焦点(15)の周りをまたは焦点(15)を通る回転軸線の周りを回転する回転角に関して異なっており、
投影画像の撮影順序は、先ず関心領域(5)の周りにおける撮影システム(3;4)の第1の回転循環において全ての第1の個別投影画像が撮影され、続いて関心領域(5)の周りにおける撮影システム(3;4)の第2の回転循環において全ての第2の個別投影画像が撮影されるように定められ、各第1の投影画像がそれぞれ1つの第2の投影画像と合成される
ことを特徴とする3次元画像ボリュームの再構成方法。 - それぞれ2つの個別投影画像が作成されて1つの拡張された投影画像に合成されることを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
- 少なくとも2つの個別投影画像のそれぞれの回転角が一平面内に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3の1つに記載の方法。
- 焦点(15)を中心とする撮影システム(3;4)または関心領域(5)のそれぞれの回転は、関心領域(5)の周りにおける撮影システム(3;4)の回転平面内にあることを特徴とする請求項1乃至4の1つに記載の方法。
- それぞれ合成される個別投影画像が0%よりも大きく50%よりも小さい相互の重なりを有することを特徴とする請求項2記載の方法。
- それぞれ合成される個別投影画像が0%よりも大きく10%よりも小さい相互の重なりを有することを特徴とする請求項1乃至6の1つに記載の方法。
- 投影画像の撮影順序は、先ず関心領域(5)の周りにおける撮影システム(3;4)の第1の回転循環において全ての第1の個別投影画像が撮影され、続いて関心領域(5)の周りにおける撮影システム(3;4)の第2の回転循環において全ての第2の個別投影画像が撮影されるように定められ、各第1の投影画像がそれぞれ1つの第2の投影画像と合成されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 投影画像の撮影順序は、それぞれ1つの拡張2次元投影画像に合成されるそれぞれ少なくとも2つの個別投影画像が関心領域(5)の周りにおける撮影システムの唯一の回転循環においてそれぞれ直接的な続きで撮影されるように定められていることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 投影画像を撮影するためにX線源(3)から発生されるX線ビームがコーンビームの形状を有することを特徴とする請求項1乃至9の1つに記載の方法。
- 投影画像を撮影するためにX線源(3)から発生されるX線ビームがファンビームの形状を有することを特徴とする請求項1乃至9の1つに記載の方法。
- 仮想検出器(20)がX線検出器(4)の検出器マトリックスのデカルト座標配置に基づいて構成されることによって、少なくとも2つの個別投影画像が合成されることを特徴とする請求項1乃至11の1つに記載の方法。
- 仮想検出器(20)がフィルタラインの配置に基づいて構成されることによって、少なくとも2つの個別投影画像が合成されることを特徴とする請求項1乃至11の1つに記載の方法。
- 関心領域(5)の2次元投影画像を撮影するためのX線源(3)およびX線検出器(4)を含む撮影システム(3;4)と、
関心領域を横たわせるための空間的に移動可能な寝台装置と、
2次元投影画像から3次元画像ボリュームを再構成するための制御および計算ユニットとを備え、
撮影システム(3;4)は、X線源(3)とX線検出器(4)との間における第1の回転中心の周りを回転可能であることを特徴とする請求項1乃至13の1つに記載の方法を実施するためのX線装置。 - CアームX線装置(30;31)によって構成されることを特徴とする請求項14記載のX線装置。
- 撮影システム(3;4)が直接にまたは支持体を介して多関節アームロボットまたは産業ロボット(32)に配置されていることを特徴とする請求項14記載のX線装置。
- コンピュータ断層撮影装置によって構成されることを特徴とする請求項14記載のX線装置。
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