JP6797920B2 - ストリークアーチファクト予測 - Google Patents

Description

本発明は、画像処理システム、撮像アレンジメント、画像処理方法、コンピュータプログラム要素及びコンピュータ可読媒体に関する。

撮像中、高度にＸ線不透過性の物体（例えば金属物体）の存在は、回転断層撮像において、いわゆるストリークアーチファクトを引き起こす。このようなアーチファクトは、臨床的に意義のある情報を不明瞭にする。これは、例えば介入（ステント支援）コイリング治療における問題である。即ち、（金属製）コイルが動脈瘤を治療するために置かれた後、当該金属コイルは、再構成されたコーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）画像において深刻なストリークアーチファクトを引き起こし、例えばステント−血管壁接合部分である臨床的に意義のある詳細を不明瞭にする可能性がある。

したがって、回転撮像における画像アーチファクトに対処するシステム及び方法が必要である。

本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決される。更なる実施形態は、従属請求項に組み込まれる。なお、以下に説明される本発明の態様は、画像処理方法、撮像アレンジメント、コンピュータプログラム要素及びコンピュータ可読媒体に等しく適用される。

本発明の第１の態様によれば、
撮像領域の周りの第１の回転面（π）における撮像軌道上の位置において、回転画像装置によって取得される物体の投影画像を受信する入力ポートと、
画像について、再構成アーチファクトの投影領域を予測する画像アーチファクト範囲予測器と、
予測された投影領域と画像内の所定関心領域ＲＯＩに対応する領域との交差を減少させるように、回転面と物体との相対的空間的配置の調整を決定する撮像幾何学的配置アジャスタとを含む画像処理システムが提供される。

つまり、回転ＣＢＣＴフルスキャンを行う前に、再構成における関心領域（ＲＯＩ）に対するアーチファクトの影響（範囲及び／又は向き）が評価されることにより、不要なＸ線量が回避される。これにより、ＲＯＩがアーチファクトによって深刻に損なわれ過ぎて潜在的に無駄となる再構成をもたらす撮像幾何学的配置が回避される。

単一のＸ線投影画像を提案されるシステムの入力ポートに入力することが十分ではあるが、一例では、予測される領域の精度を更に上げることができるため、複数の入力画像が使用される。つまり、提案されるシステムは、ＲＯＩがアーチファクトによってあまり影響を受けない又は全く影響を受けない再構成をもたらす撮像幾何学的配置が見つかるまで、放射線被ばくなく、様々な撮像幾何学的配置設定をシミュレートする又は試みることを可能にする。画像処理に基づいて、システムは、ユーザ又はプロトコルが、撮像幾何学的配置を制御し、別の撮像軌道を使用することを可能にする。

空間的配置の可能な調整は、現在の（第１の）回転面とは異なる回転軸を有する調整された回転面を規定することによって実現される。したがって、撮像幾何学的配置アジャスタによって、撮像される物体に対する、その中でＣＢＣＴ回転スキャンが行われる回転面の調整が決定される。

一例では、回転面の傾斜角が増加又は減少され、これにより、調整された回転面における軌道に沿って行われるＣＢＣＴスキャンの画像からの再構成は、関心領域において減少された画像アーチファクトを示す。傾斜角の増加又は減少は、自動的に決定されてよい。例えば幾つかの様々な調整された回転面について、画像アーチファクトがシミュレーションされ、それらの投影と関心領域との交差の最小値を見つけるべく使用される。

更に、又は、或いは、物体がその上に存在する支持体の位置又は傾斜が変更される。

一実施形態では、システムに、入力画像を再構成アーチファクトの投影領域の視覚的指標と共に表す画像情報を、表示ユニットに提供するビジュアライザが設けられる。ビジュアライザは更に、１つ以上の調整された空間的配置について、再構成アーチファクトの投影領域の指標を表示する。したがって、ユーザは、再構成アーチファクトが実質的に減少される空間的配置を見つけるために、様々な空間的配置を試すことができる。

一実施形態によれば、再構成アーチファクトは、撮像領域内に存在する放射線不透過性物体、具体的には金属物体によって引き起こされる。

一実施形態によれば、空間的配置の指定される変更は、人間のユーザによって実現される。

一実施形態によれば、ユーザが、物体と回転面との相対的空間的配置の調整を図で指定することを可能にするグラフィカルユーザインターフェースが提供される。このために、例えばユーザは、ビジュアライザによって提供される再構成アーチファクトの投影領域の視覚的指標とその関心領域との交差とを、ガイダンスとして使用する。

別の態様によれば、上記実施形態の何れか１つによる画像処理システム、撮像装置、及び／又は、表示ユニットを含む撮像アレンジメントが提供される。

別の態様によれば、
撮像領域の周りの調整可能な回転面における撮像軌道上の位置において、回転画像装置によって取得される物体の投影画像を受信するステップと、
画像について、再構成アーチファクトの投影領域を予測するステップと、
予測された投影領域と画像内の所定関心領域に対応する領域との交差を減少させるように、回転面と物体との相対的空間的配置の調整を決定するステップとを含む画像処理方法が提供される。

一実施形態では、予測及び決定ステップは、再構成アーチファクトの投影と関心領域との交差の画像領域を反復処理で減少させる目的で繰り返される。例えばこれらのステップは、関心領域と交差するアーチファクト投影がなくなるまで、又は、完全になくすことが不可能である場合は、少なくとも交差領域の最小サイズが見つかるまで自動的に繰り返される。

一実施形態によれば、上記方法は、回転面と物体との調整された相対的空間的配置に従って、軌道上の様々な位置において投影画像を取得するように撮像装置を操作するステップを含む。つまり、回転ＣＢＣＴ画像取得スキャンが実行される。次に、取得された投影画像から、少なくとも関心領域のボリュメトリック画像が再構成される。

つまり、本実施形態では、投影画像に基づいた再構成は、ＲＯＩが再構成アーチファクトによって全く損なわれていない、又は、少なくともより許容可能なレベルで損なわれているボリュメトリック画像をもたらす。

更なる実施形態では、新しい撮像幾何学的配置は、Ｃアーム、患者及び患者台間の衝突が回避されるように選択される。したがって、選択された軌道は、関心領域に干渉する再構成アーチファクトの最小値を反映しない場合もあるが、むしろ、撮像システムの無衝突動作の制約内の極小値が求められている。

本発明の例示的な実施形態は、以下の図面を参照して説明される。

図１は、画像処理システムの略ブロック図を示す。 図２は、再構成アーチファクト、具体的にはストリークアーチファクトの影響を受けている再構成回転画像を示す。 図３は、再構成アーチファクトの範囲を示すために画像上に重ね合わされる視覚的指標を示す。 図４は、視覚的指標を作成するための基礎となる幾何学的形状を示す。 図５は、視覚的指標を作成するための基礎となる幾何学的形状を示す。 図６は、回転撮像システムにおける新しい回転面を指定するためのグラフィカルユーザインターフェースを示す。 図７は、画像処理方法を示す。

図１を参照するに、撮像装置ＩＭと、画像処理システムＩＰＳとを含む撮像アレンジメントの略ブロック図が示される。

より具体的には、図１の左側は、Ｃアームシステム又はＣＴスキャナといった回転撮像装置ＩＭを示す。図１の右側は、画像処理システムＩＰＳのモジュール及び関連回路を示す。画像処理システムＩＰＳは、撮像装置ＩＭによって取得された投影データから再構成された画像におけるストリークアーチファクトの影響を低減するように、撮像装置ＩＭの手動又は自動動作を可能にする。

まず、撮像装置ＩＭの簡単な説明を参照する。撮像装置ＩＭは、Ｘ線源ＸＲと、検出器Ｄとを含む。回転Ｘ線システムであることにより、少なくともＸ線源ＸＲが撮像領域の周りの軌道で回転可能である。軌道の（回転）面は、図の紙面に向かって延在すると理解されるので、図１に破線として示されている。軌道は必ずしも円形である必要はなく、実際に、幾つかの好適な実施形態では円形ではない。更に、Ｘ線源も必ずしも撮像領域の周りの完全な回転で周回する必要はない。実際に、幾つかの実施形態では、軌道は、撮像領域の周りの２００°といった部分アークのみを規定する。Ｃアーム及び大部分のＣＴスキャナといった幾つかの実施形態では、検出器とＸ線源とは向い合せに配置されると同時に、両者は撮像軌道をなぞって撮像領域の周りを回転する。第４世代ＣＴスキャナといった他の実施形態では、Ｘ線源のみが回転し、検出器は、撮像領域の周りの固定円形アレンジメントとして構成される。

撮像領域内に、物体又は患者Ｐ（人間又は動物）がカウチといった適切な支持体Ｃ上に配置される。撮像セットアップは、関心領域ＲＯＩが撮像軌道の治療中心に位置付けられるように構成される。回転撮像では、撮像物体Ｐの内部の断面画像が得られる。本発明の目的では、撮像物体Ｐは、人間若しくは動物の患者又はその特定部分である。上記断面画像を生成するために、Ｘ線源が撮像領域の周り、したがって、関心領域の周りの軌道をなぞる間に一連の投影画像が取得される。本明細書において特に想定されるコーンビームＣＴでは、比較的大きい数（例えば６００以上）の投影画像が取得される。

これらの投影画像は、次に、再構成部ＲＣＯＮによって処理される。再構成部ＲＥＣＯＮは、フィルター逆投影といった再構成アルゴリズム又は別の方法（例えば反復方法）を実施して断面画像を生成する。

ＲＯＩに最も関連のある投影画像を取得できるようにするためには、回転面πの向きが調整される。より具体的には、回転面と物体（したがってＲＯＩ）との空間的配置（本明細書では「撮像幾何学的配置」とも言う）が変更される。更に、より厳密に且つ幾何学的に説明すると、回転面πの回転軸αが、１つ以上の適切なアクチュエータの動作によって変更される。例えば一実施形態では、アクチュエータ（例えばステッピングモータ等）は、Ｘ線源及び／又は検出器Ｄがその上に取り付けられているガントリＣの動作をもたらし、この動作が、回転面の回転軸αの変化をもたらす。或いは、又は、更に、回転面と物体Ｐとの空間的配置は更に、物体がその上に配置される支持体Ｃを移動又は回転させることによって変更される。

回転面と物体との空間的配置の変更は、オペレータコンソールＯＣからリクエストされる。例えば一実施形態では、ユーザがジョイスティック又は他の入力デバイスを操作して、撮像幾何学的配置の適切な調整をもたらす。他の実施形態では、撮像幾何学的配置の変更は、撮像プロトコルによって自動的にリクエストされる。図１では、Ｃアームイメージャの例において空間的自由度が示される。図１に、撮像領域及び軸αの周りの回転面π内のＸ線源ＸＲの回転が示される。模式的な図１の例示的な状況では、回転軸αは、図面の平面と平行に延在し、回転面πは図面の平面内へと延在する。回転軸αを変更する１つの可能な方法は、図面の平面から外れるように回転軸を回転させることであり、これにより、新しい回転面π’（図示せず）が規定される。

低密度の周囲組織内に埋め込まれた金属粒子又は物体（移植されたステント、コイル、ペースメーカ等）といった高度に放射線不透過性の特異点がある場合、再構成画像内にストリークアーチファクトが生じることが分かっている。この１つの理由としては、（周囲組織に対して）高度に放射線不透過性の特異点が、光子不足と、物体を通過するＸ線放射線のスペクトルの変化（回転Ｘ線撮像における「ビーム硬化」とも呼ばれる作用）を引き起こすからである。これらの現象は、大部分の再構成アルゴリズムが基づいている前提を崩す。再構成アルゴリズムは、投影データに適合する適切な物質分布を見つけようとする。この処理には、個々の画像値を対応するボクセル位置に割り当て、分布、したがって、所与の平面における断面画像を作成することを伴う。しかし、上記されたように、スペクトルに関して基礎となる前提が崩れ、光子不足が伴うと、再構成アルゴリズムは、真の物質分布を正しく記述せず、したがって、図２の例示的な図のペインＢ）、Ｃ）に示されるように、ヘッジホッグ状の外観を有する筋状アーチファクトを生成する偽の物質分布を戻す。より具体的には、放射線不透過性物体である。図２のＢ）、Ｃ）に示されるような例示的なストリークアーチファクトは、臨床的に意義のある情報を不明瞭にする。ペインＡ）におけるＣＴ再構成は、アーチファクトがない状況を表す。これは、動脈瘤を治療するために人間の脳の血管内に金属コイルを挿入した後にストリークアーチファクトが生じているペインＢ）と比較される。ペインＣ）は、移植された金属コイルによって引き起こされたストリークによってステントの一部が不明瞭にされている再構成された画像の別のストリークアーチファクトを示す。

広義では、提案される撮像処理システムＩＰＳは、再構成に必要なすべての投影画像を取得する前に、単一の（又は幾つかの）入力投影画像内にストリークアーチファクトによって影響を受ける可能性のある領域を示す。ＣＴでは、アーチファクトによって影響を受ける領域をその中に示す入力画像としてスカウト画像が使用されてよい。この結果、ユーザは、患者を再配置するか及び／又は異なる軌道を計画して、重要な関心領域内にアーチファクトがあることを回避する。適切に再配置されると又は適切な軌道が選択されると、残りの投影画像が取得され、これらは、再構成部ＲＥＣＯＮに渡されて再構成が行われる。このように、重要な情報がアーチファクトによって不明瞭にされる可能性がかなり低くなる。これにより、ｉ）再スキャンをする必要がないため、患者の放射線量が少なくなり、ｉｉ）重要な情報がストリークアーチファクトによって不明瞭にされないため、診断が向上される。

より具体的に、且つ、図１の右側を参照するに、（１つ以上の）入力投影画像が、入力ポートＩＮにおいて受信される。この入力画像は、Ｘ線撮像装置ＩＭを用いて取得される単一の投影画像でも、２つ以上の投影画像から形成されてもよい。入力画像は、画像アーチファクト範囲予測器ＡＰによって分析される。予測器ＡＰは、現在の入力画像による回転面を使用した投影画像から再構成されたならば再構成において現れうるアーチファクトの投影領域を入力画像内に予測する。

図４及び図５において以下により詳細に説明されるように、この予測は、セグメンテーションにおいて得られる放射線不透過性物体のフットプリントの特定に基づいている。Ｘ線画像については、回転画像取得の意図される軌道は分かっているので、再構成において放射線不透過性物体によって引き起こされるストリークアーチファクトの向き及び／又は範囲が予測可能である。

一実施形態では、この情報は、ビジュアライザＶＩＺを介して視覚的フィードバックとしてモニタＭＴ上に出力される。例えば当該領域の視覚的インジケータは、入力Ｘ線画像に重ね合わされてもよい。このコンテキストにおいて、ＣＢＣＴにおける投影画像は、インジケータが重ね合わされた状態で見るために直接レンダリング可能である２Ｄ放射線写真であるため、ＣＢＣＴは、ファンビームＣＴと比較して有利である。

図３は、ビジュアライザＶＩＺによって生成される一実施形態による視覚的出力を示す。上で簡単に説明されたように、視覚的インジケータＶＩは、高度に放射線不透過性物体によって引き起こされるストリークアーチファクトによって影響を受けると予測される投影領域を示す。更に、ビジュアライザＶＩＺによって示される画像は、ユーザが、空間的配置の潜在的な調整を選択する際のガイダンスとして、アーチファクト投影と関心領域との交差領域を特定することを可能にする。

ユーザが回転面の様々な向き又は傾斜を選択し、それにより、調整された空間的配置を決定することができるグラフィカルユーザインターフェースＧＵＩが提供されてよい。この結果、予測器ＡＰ及びビジュアライザＶＩＺは協働して、適切に入力画像内の視覚的インジケータを更新し、視覚的指標は、関心領域と、新しく指定された回転面が投影画像の取得に使用されたならば現れうる再構成アーチファクトの投影との交差領域を示す。

更新又は適応された視覚的インジケータが、現在の画像と共に表示されるか、又は、新しく指定された撮像幾何学的配置における新しい投影画像が取得され、適応された視覚的インジケータが、新しく取得された画像と共に表示される。

撮像幾何学的配置アジャスタＰＡが、所定の関心領域へのストリークアーチファクトによる外乱が軽減又は低減されるように、例えば回転面の向き、方向又は傾斜の調整を決定する。より具体的には、調整された撮像幾何学的配置が選択され実現されると、予測された投影領域と関心領域に対応する領域との幾何学的交差度が減少される。

アジャスタＰＡは、１つ以上の調整された撮像幾何学的配置のシミュレーション決定を行い、続いて、撮像幾何学的配置の実際の調整を実現するように、１つ以上のシステムコンポーネントの物理的な調整も制御する。

一実施形態では、予測器ＡＰは、したがって、シミュレーションされた調整された空間的配置での再構成アーチファクトの更新された投影領域を決定する。予測及び調整の決定は、所望の幾何学的配置が見つかるまで繰り返される。

したがって、撮像システムのコンポーネントの物理的な動作、例えばＣアームの動作は、例えば関心領域内の再構成アーチファクトが低減される回転面である所望の撮像幾何学的配置が特定された後にのみ必要である。

入力ポート、ビジュアライザ、アジャスタ及びグラフィカルユーザインターフェースといった上記コンポーネントは、汎用コンピュータといったデータ処理ユニットＰＵ上のソフトウェアルーチンとして動作する機能モジュールとして実現される。例えばソフトウェアルーチンは、イメージャＩＭ又はネットワーク接続されたイメージャのグループに関連付けられるワークステーション上で動作する。ソフトウェア以外でのコンポーネントの実現も想定され、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又は集積回路（ＩＣ）等が含まれる。

図３に示される投影領域の視覚的指標は、ほぼひし形又はダイアモンドの形状を有する。この形状は、図４及び図５を参照して以下に更に説明されるように、投影領域が計算される方法の結果である。しかし、視覚的インジケータの他の形状も本明細書では想定される。しかし、好適には、投影領域の視覚的インジケータＶＩは、ストリークアーチファクトの主な向き又は主な方向をユーザに直観的に示すことができるような方向成分を有する。放射線不透過性要素のフットプリントも、図３に示されるように円形模様として図示されるが、他の形状も想定される。図３を引き続き参照することにより理解できるように、一実施形態における視覚的インジケータは、コンパス針の外観を有する。しかし、本明細書では、方向を符号化可能である他の示唆的なシンボル体系も想定される。更に、視覚的指標ＶＩは、背景とは違うように色が付けられてレンダリングされてもよい。他の実施形態では、視覚的インジケータＶＩは、下にある画像情報の遮断を最小限に抑えるために、ストリークアーチファクトによって影響を受ける領域の輪郭のみを描いてもよい。

同じ色を使用するのではなく、高度に不透過性の物体のセグメンテーション自体に、投影領域を示すシンボル体系に使用される色とは異なる色が付けられてもよい。

次に、図４及び図５をより詳細に参照する。図４及び図５は、投影領域予測器ＡＰの動作の説明図である。具体的には、図４及び図５は、予測されるアーチファクトの影響を受ける投影領域の形状及び／又は範囲を計算するための基礎となるアルゴリズムステップを説明する。この段階において、回転面との関連で同じ幾何学的配置を呼び戻すことが有用である。Ｘ線幾何学的配置が、投影画像取得中になぞられる軌道を決定する。単純にするために、この軌道は円形であると想定する。Ｘ線源ＸＲの焦点から検出器Ｄの中心までの仮想線が画定される。円形軌道中にこの線が辿られると、回転面内に仮想円盤が画定される。円形軌道上の位置から撮られた任意のＸ線投影画像について、仮想円盤は、（例えばＣＢＣＴによって取得された画像といった）Ｘ線投影画像上に線として投影される。この線が、再構成において、放射線不透過性物体によって引き起こされうるストリークアーチファクトの主な向きを規定する。画像内のＲＯＩに対するこの線の進行方向が、撮像幾何学的配置を変更する、例えば回転面を変更する又は患者支持体Ｃの位置／傾斜を変更することによって変えられる。

次に、図４Ａ）を最初に参照する。図４Ａ）は、説明し易くするために、今度は、垂直方向ではなく水平方向に示される回転面の図を示す。軌道ｔ上のＸ線源ＸＲの各位置について、放射線は、焦点から軌道上の所与の位置にある検出器に向けて放出される放射線ｒに沿って伝搬するものと見なされる。放射線は、周囲空間内に対応するコーンを形成する。

例えば金属物体ｍを通過する放射線ｒのいずれもが、３Ｄ再構成においてストリークアーチファクトを引き起こす可能性がある。図４Ｂ）に示されるように、単一の投影画像は、金属物体ｍが正確にどこにあるのかを決定するには十分な情報を提供しないが、少なくとも当該物体を含むボリュームＶ（コーンセグメント）が決定される。

図５Ｃ）に示されるように、物体ｍの３Ｄ位置の推定値として上記ボリュームＶの位置を所与として、このボリュームＶを通るすべての可能なストリーク経路ｒの決定するのは単純な幾何学的配置の問題である。

図５Ｄ）に示されるように、これらの経路ＩＩ（ｒ）と物体ｍのフットプリントＩＩ（ｍ）とを一緒に入力画像面上に順投影すると、予測されるアーチファクトの影響を受ける領域の定義が提供される。改良として、この領域の幾何学的な覆い（hull）を作成して視覚的インジケータＶＩが画定される。図４Ｂ）から、（十分に離れた角度において取得された）２つ以上の投影画像を使用して位置ボリュームＶを縮小し、これにより、予測の精度が向上されることは明らかであろう。アーチファクトの影響を受ける領域は、入力画像と共に、又は、新しい撮像幾何学的配置において取得された新しい画像と共に表示される。

要約すると、また、図５Ｄ）に示されるように、再構成アーチファクトによって影響を受けると予測される領域は、高度に放射線不透過性物体と、物体の推定位置を通る個々の放射線の投影との組み合わせられた投影フットプリントによって形成される。これらの個々のフットプリントの組み合わせ、即ち、集合体は、再構成アーチファクトを示す投影領域がそこから作成可能である領域を形成する。一実施形態では、予測されるアーチファクトの影響を受ける領域の境界が、組み合わせられた投影フットプリントの周りの包絡線（例えば凸包）によって画定される。

一実施形態において、放射線不透過性要素のフットプリント上の任意の境界画素から予測領域を画定するための更なる改良として、ストリークの範囲が、主な向きのベクトルと、放射線不透過性物体のフットプリントとの交差の長さとを使用して予測される。交差の長さは、主な向きのベクトルに沿ってこの境界点を通る線の放射線不透過性物体のフットプリントｍとの交差によって画定される。このように、入力投影画像内のストリークによって影響を受ける領域が予測される。これの視覚化は、図３の視覚インジケータＶＩと同様である。つまり、可能な位置ボリュームＶを通過する所与の放射線ｒの最終予測領域への寄与が、推定される交差の長さによって重み付けされる。当該寄与の重み付けは、様々な色／グレイ値又は不透過度によって図でレンダリングされる。これは、物体ｍの位置ボリュームＶを通る経路長に依存して、重み関数によって実現される。例えば１ｍｍの金属を通過する放射線は、１０ｍｍの金属を通過する放射線と同じ影響を有さない。「影響」とは、視覚的な知覚可能性を意味し、放射線は、これにより、再構成アーチファクトに寄与する。ある時点で、光子情報は完全になくなる（starved off）されるので、重み付け関数は必ずしも推定される長さに比例する必要はない。例えば３０ｍｍの経路長は、６０ｍｍと全く同じ影響を有する。つまり、重み関数は、重み関数がその点以降は一定のままであるカットオフ長さまで位置ボリュームＶを通る経路長と（必ずしも線形ではないが）比例する。

次に、図４及び図５において説明されたように、予測投影領域が確立されると、一実施形態では、予測領域の視覚的指標ＶＩが、表示ユニットＭＴに図でレンダリングされる。そうすると、ユーザは、アーチファクトが所定の関心領域ＲＯＩ内に延在するか又は重なるかを視覚的に調べることができる。

或いは、この評価は、アジャスタＰＡによって自動的に行われる。

アーチファクトの投影と関心領域ＲＯＩとに重なりがない又は適切に縮小されているとすぐに、ユーザは、続けて、ＣＢＣＴスキャンに必要な投影画像を取得するようにイメージャＩＭを作動させる。取得された投影画像は、再構成部に転送され、ボリュメトリック画像を生成するための再構成が開始される。

しかし、評価が、再構成アーチファクトはＲＯＩにおける画質を許容不可能なレベルで損なうことを示すと、提案されるシステムＩＰＳは、視覚的指標ＶＩに基づいて、再構成用の投影画像がそこで収集されるべき新しい撮像幾何学的配置をユーザが選択することを可能にする。新しい撮像幾何学的配置は、回転面と平行な軸の周りに回転面を回転させることによって、又は、撮像物体Ｐがその上にある支持体Ｃを移動若しくは傾斜させることによって、上記されたように得られる。

上記されたように、調整された撮像幾何学的配置は、撮像幾何学的配置アジャスタＰＡによって自動的に選択されてもよい。この場合、予測器ＡＰは、アジャスタＰＡから（シミュレーションされた）調整された幾何学的配置を受信し、これにより、新しい幾何学的配置による再構成アーチファクトが予測され、後続の評価に使用される。したがって、反復処理において、アーチファクト投影と関心領域との最小限の交差が決定される。

より具体的には、傾斜軌道を実現するために、別の回転軸が規定されてもよい。この傾斜軌道は、回転中にＸ線システムの角度を変えることによって傾斜軌道をもたらすか、又は、患者台を傾斜させることによって実現される。傾斜軌道は依然として治療中心を通過する。傾斜角は、ユーザによって又は自動的に選択される。

新しい回転面の自動決定の実施形態において、ＲＯＩ（例えばステント）は、適切なアルゴリズムによって自動的に又は半自動的にセグメント化される。ＲＯＩは、事前のＣＢＣＴ画像といった入力画像内、又は、ＣアームシステムのＸ線写真内でセグメント化される。回転軌道の現在の回転面の回転軸は、ストリークがセグメント化されたＲＯＩと交差しなくなるまで、適切な一定量で、ループで変更される。例えばＲＯＩ内に最も少ないストリークをもたらす回転面が選択される。この基準に適合する回転面が複数ある場合は、変更が最も少ない回転面が選択される。例えば現在の回転面の傾斜角は、より良い回転軸を見つけるために、ストリーク投影領域とＲＯＩとの交差領域がどのように変化するのかを調べつつ、現在の回転軸を徐々に回転させることによって変更される。

今度は、手動の実施形態を参照するに、次の変形態様が想定される。一実施形態では、ユーザは、傾斜角を数値的に入力する。或いは、コンピュータマウスといった入力ツールを使用して、例えばリスト等から傾斜角度値を選択することによって、軌道の傾斜が変更される。ユーザがマウス又は他の入力ツールを使用して入力画像内に、Ｘ線画像の平面との回転面の交差の所望の向き及び位置を示す線を描く図を使った幾何学的入力も想定される。

次に、図６を参照する。図６は、例えばグラフィカルユーザインターフェースＧＵＩである適切なユーザインターフェースの例示的な実施形態を示す。破線は、ユーザによって指定される画像の平面との回転面の交差を示す。この指定は、その他の点では知られている方法で２つの点を指定することによって新しい交差線を規定するようにコンピュータマウスを使用することによってユーザによってインタラクティブに規定される。別のオプションは、タッチスクリーンを使用することであり、ユーザは、新しい回転面の交差線を規定するために、指タッチ指示を使用する。タッチスクリーンインタラクションを使用する場合、ユーザは、指をスクリーン上で１つの位置から別の位置までドラッグさせることによってスクリーン上に新しい交差線を書くか、又は、ユーザは、単に２つの点を指定し、システムが、そこから交差線を自動的に補間してもよい。本明細書では、他のグラフィカル又は非グラフィカル入力機構も想定される。

ユーザが新しい回転面を指定した後、システムＩＰＳは、イベントハンドラによって捕捉される適切なコマンド又はイベントを出す。イベントハンドラは、次に、予測器ＡＰに、今度は、新しく画定された回転面に基づいて投影領域を再予測するように命令し、当該投影領域は、現在表示されている投影領域指標マークＶＩの代わりに、ビジュアライザＶＩＺによって画面に表示される。したがって、ユーザは、システムを用いて「実験」を行い、現在の撮像幾何学的配置よりも少ない度合いでＲＯＩに影響を及ぼすアーチファクトの向き又は範囲をもたらす適切な回転面を見つけることができる。

或いは、また、上記実施形態とは対照的に、ユーザが、入力Ｘ線画像内にストリークアーチファクトの要な向きを、図を使用して又は他の方法で指定してもよい。この場合、システムは、指定されたストリークの主な向きに関連付けられる必要な撮像幾何学的配置の変更を計算する。

上記されたように、満足のいく撮像幾何学的配置が見つかると、撮像装置ＩＭは、指定された撮像幾何学的配置において必要な投影画像を取得し始める。この撮像幾何学的配置における撮像取得は、自動的に、又は、ユーザが操作コンソールＯＣから適切な制御信号を出した後にトリガされる。

次に、図７のフローチャートを参照する。図７は、図１の画像処理システムによって実施される画像処理方法を示す。しかし、当然ながら、方法ステップに関する以下の説明は、図１の構造に必ずしも縛られない。つまり、以下の方法ステップは、それ自体で１つの教示内容を構成する。

ステップＳ７１０において、撮像物体Ｐの単一又は２つ以上の入力投影画像が受信される。画像は、回転撮像装置ＩＭによって取得される。入力投影画像は、撮像領域の周りの現在の回転面における撮像軌道上の位置において取得される。或いは、ＣＴ設定では、複数の投影画像から編集されるスカウト画像が入力画像として使用される。

ステップＳ７２０において、当該入力画像について、投影領域が予測される。予測は、現在の回転面による現在の幾何学的配置に基づいている。投影領域は、再構成アーチファクトの範囲又は主な方向を規定する。再構成アーチファクトは、現在の撮像幾何学的配置において取得される投影データに基づいて再構成が行われたならば生じるアーチファクトである。アーチファクトは、撮像領域内に金属物体といった高度に不透過性の物体ｍが存在することにより再構成において引き起こされる。

一実施形態では、予測は、高度に不透過性の物体ｍのフットプリントのセグメンテーションに基づいている。入力Ｘ線画像内の放射線不透過性物体のフットプリントは、画像値閾値化を適用することによって見つけられる。物体のサイズもストリークアーチファクトに影響を及ぼすので、追加の基準を使用して、特定の最小限のサイズの物体フットプリントのみがセグメント化される。或いは、見つかった物体のサイズに基づいて閾値を適応させる関数が使用されてもよい。更に或いは、例えば流域アルゴリズム、領域拡張、手動注釈付け、図の切り出し等である他のセグメンテーションアプローチを使用してもよい。更なる代案として、高度に放射線不透過性物体のフットプリントは、事前ＣＴ又はＣＢＣＴにおいてセグメント化され、当該セグメンテーションは、入力２ＤＸ線画像上に順投影される。

当該物体の位置ボリュームを通る放射線は、入力画像上に順投影され、物体ｍのフットプリントと組み合わされ、再構成においてアーチファクトによって影響を受ける可能性のある領域の定義が得られる。より具体的には、アーチファクトによって影響を受ける領域が、図４及び図５において説明されたように画定される。

動作ステップＳ７３０において、表示ユニット上で予測投影領域が視覚化される。

ステップＳ７４０において、撮像幾何学的配置の変更の指定が決定され、これに応えて、任意選択的に、視覚的指標が適応される。一実施形態では、撮像物体に対する新しい回転面π’の指定は、新しい回転軸α’を指定することによって受信される。当該指定には回転面の提案される傾斜が含まれる。より一般的に、回転面の新しい回転軸が指定される。

変更は、予測投影領域と所定関心領域ＲＯＩに対応する画像内の領域との交差に依存して、自動的に、又は、ユーザによってリクエストされる。

指定には、或いは、撮像中に物体がその上に存在する支持体の傾斜又は移動が含まれてよい。

撮像幾何学的配置の変更の指定に応えて、先の予測ステップＳ７２０及び（任意選択的に）視覚化ステップＳ７３０が繰り返される。つまり、新しく決定された調整された撮像幾何学的配置に基づいて、アーチファクトの向き及び／又は拡張について新しく予測された領域の更新された視覚指標が計算される。更新又は適応された視覚化は、入力画像上、又は、新しく指定された撮像幾何学的配置において取得された新しい入力画像上に表示される。

ステップＳ７５０において、決定された調整された撮像幾何学的配置が実現され、したがって、システムを新しい撮像幾何学的配置に従って再配置するように、１つ以上のシステムコンポーネントの動作が制御される。つまり、この幾何学的配置下で、この新しい幾何学的配置で収集された投影データから再構成する場合、ＲＯＩは、ストリークアーチファクトによる視覚的干渉が全くないか、又は、少なくともこの干渉はユーザが知覚できるレベルを下回る。最終の新しい幾何学的配置が見つかると、対応する投影領域は、ステップＳ７４０に従って視覚化される。

ステップＳ７６０において、新しい幾何学的配置が設定されると、撮像装置は、当該新しい撮像幾何学的配置において投影画像を取得するように動作する。例えばＸ線源は、物体の周りの新しく調整された撮像面内の軌道上の異なる位置をなぞる。

ステップＳ７７０において、このように取得された投影画像は、適切な（分析的又は反復的）再構成アルゴリズムによって、物体、具体的には、関心領域の所望のボリュメトリック画像に再構成される。

要約するに、本明細書では、再構成された画像内のストリークアーチファクトを回避する又は少なくとも低減することが提案される。少なくとも１つの入力Ｘ線画像が、実際のスキャンの前に取得される。この入力画像内で、放射線不透過性領域が特定される。次に、計画された回転スキャンの軌道の知識に基づいて、計画された取得からの再構成におけるストリークの向きが予測される。この情報は、一実施形態では、好適には、入力Ｘ線画像内に、ユーザへの視覚的フィードバックとして提供される。当該情報に基づいて、新しい回転スキャン軌道が決定される。例えばユーザが別の回転軸を、図を使用して又は使用しないで指定する。対応して新しく提案されるスキャン軌道におけるストリークアーチファクトが再び予測され視覚化される。様々な傾斜角についてストリークアーチファクトをシミュレーションし、関心物体内のストリークが最も少ない傾斜角を選択することによって別の軌道も自動的に決定される。

本発明の別の例示的な実施形態では、上記実施形態のうちの１つによる方法のステップを適切なシステム上で実行するように適応されていることによって特徴付けられるコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。

したがって、コンピュータプログラム要素は、コンピュータユニットに記憶されていてもよい。当該コンピュータユニットも、本発明の一実施形態の一部であってよい。当該コンピュータユニットは、上記方法のステップを行うか又はステップの実行を誘導する。更に、コンピュータユニットは、上記装置のコンポーネントを動作させる。コンピュータユニットは、自動的に動作するか及び／又はユーザの命令を実行する。コンピュータプログラムが、データプロセッサの作業メモリにロードされてよい。したがって、データプロセッサは、本発明の方法を実行する能力を備えている。

本発明のこの例示的な実施形態は、最初から本発明を使用するコンピュータプログラムと、アップデートによって、既存のプログラムを、本発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムとの両方を対象とする。

更に、コンピュータプログラム要素は、上記方法の例示的な実施形態の手順を満たすすべての必要なステップを提供することができる。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、ＣＤ−ＲＯＭといったコンピュータ可読媒体が提示される。コンピュータ可読媒体に、コンピュータプログラム要素が記憶され、コンピュータプログラム要素は上記セクションに説明されている。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体（具体的には、必ずしもそうである必要はないが、非一時的媒体）上に記憶される及び／又は分散配置されるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介した形態といった他の形態で分配されてもよい。

しかし、コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブといったネットワークを介して提示され、当該ネットワークからデータプロセッサの作業メモリにダウンロードされてもよい。本発明の更なる例示的な実施形態によれば、ダウンロード用にコンピュータプログラム要素を利用可能にする媒体が提供され、当該コンピュータプログラム要素は、本発明の上記実施形態のうちの１つによる方法を行うように構成される。

なお、本発明の実施形態は、様々な主題を参照して説明されている。具体的には、方法タイプのクレームを参照して説明される実施形態もあれば、デバイスタイプのクレームを参照して説明される実施形態もある。しかし、当業者であれば、上記及び下記の説明から、特に明記されない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、様々な主題に関連する特徴の任意の組み合わせも、本願によって開示されていると見なされると理解できるであろう。しかし、すべての特徴は、特徴の単なる足し合わせ以上の相乗効果を提供する限り、組み合わされることが可能である。

本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示され、説明されたが、当該例示及び説明は、例示的に見なされるべきであり、限定的に見なされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び従属請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。

請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に引用される幾つかのアイテムの機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 撮像領域の周りの第１の回転面における撮像軌道上の位置において、回転画像装置によって取得される物体の投影画像を受信する入力ポートと、
   前記投影画像についての分かっている前記撮像軌道に基づく、前記投影画像に対するセグメンテーションにおいて得られる放射線不透過性物体のフットプリントの特定に基づいて、再構成アーチファクトの投影領域を入力画像内で幾何学的に予測する画像アーチファクト範囲予測器であって、予測は、前記放射線不透過性物体を含む放射線コーンセグメントを決定し、前記放射線コーンセグメントを通るすべての可能なストリーク経路と前記放射線不透過性物体の前記フットプリントとを一緒に入力画像面上に順投影することによる、前記撮像領域内に存在する放射線不透過性物体のフットプリントの特定に基づいている画像アーチファクト範囲予測器と、
   予測された前記投影領域と前記投影画像内の所定関心領域に対応する領域との交差を減少させるように、前記第１の回転面と前記物体との相対的空間的配置の調整を決定する撮像幾何学的配置アジャスタと、
   を含む、画像処理システム。
2. 前記撮像幾何学的配置アジャスタは、前記第１の回転面とは異なる回転軸を有する調整された回転面を規定することにより前記相対的空間的配置を調整する、請求項１に記載の画像処理システム。
3. 前記投影画像を前記再構成アーチファクトの前記投影領域の視覚的指標と共に含む画像情報を、表示ユニットに提供するビジュアライザを更に含む、請求項１又は２に記載の画像処理システム。
4. 前記ビジュアライザは更に、調整された空間的配置について、再構成アーチファクトの予測される前記投影領域の視覚化を提供する、請求項３に記載の画像処理システム。
5. 前記再構成アーチファクトは、前記撮像領域内に存在する前記放射線不透過性物体、具体的には金属物体によって引き起こされる、請求項１から４の何れか一項に記載の画像処理システム。
6. 前記相対的空間的配置の指定される変更は、人間のユーザによって実現される、請求項１から５の何れか一項に記載の画像処理システム。
7. ユーザが、前記物体と前記第１の回転面との前記相対的空間的配置の調整を、図で指定することを可能にするグラフィカルユーザインターフェースを含む、請求項１から６の何れか一項に記載の画像処理システム。
8. 請求項１から７の何れか一項に記載の画像処理システムと、
   投影画像を取得する撮像装置と、
   ビジュアライザから画像情報を受信して表示する表示ユニットと、
   を含む、撮像アレンジメント。
9. 前記画像処理システムの前記撮像幾何学的配置アジャスタは、前記撮像装置が回転面の調整を実行するように命令する、請求項８に記載の撮像アレンジメント。
10. 撮像領域の周りの調整可能な回転面における撮像軌道上の位置において、回転画像装置によって取得される物体の投影画像を受信するステップと、
    前記投影画像についての分かっている前記撮像軌道に基づく、前記投影画像に対するセグメンテーションにおいて得られる放射線不透過性物体のフットプリントの特定に基づいて、再構成アーチファクトの投影領域を入力画像内で幾何学的に予測するステップであって、予測は、前記放射線不透過性物体を含む放射線コーンセグメントを決定し、前記放射線コーンセグメントを通るすべての可能なストリーク経路と前記放射線不透過性物体の前記フットプリントとを一緒に入力画像面上に順投影することによる、前記撮像領域内に存在する放射線不透過性物体のフットプリントの特定に基づくステップと、
    予測された前記投影領域と前記投影画像内の所定関心領域に対応する領域との交差を減少させるように、前記回転面と前記物体との相対的空間的配置の調整を決定するステップと、
    を含む、画像処理の方法。
11. 前記予測するステップ及び前記決定するステップは、前記交差を反復的に減少させるように繰り返される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記回転面と前記物体との前記相対的空間的配置に、決定された調整を実現するステップを含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 前記回転面と前記物体との調整された相対的空間的配置に従って、軌道上の異なる位置において投影画像を取得するように撮像装置を操作するステップと、
    取得された前記投影画像から、少なくとも前記所定関心領域のボリュメトリック画像を再構成するステップと、
    を更に含む、請求項１２に記載の方法。
14. 請求項１から７の何れか一項に記載の画像処理システム又は請求項８若しくは９に記載の撮像アレンジメントを制御するコンピュータプログラムであって、請求項１０から１３の何れか一項に記載の方法のステップを前記画像処理システムの処理ユニットに実行させる、コンピュータプログラム。
15. 請求項１４に記載のコンピュータプログラムが格納されている、コンピュータ可読媒体。

Images