JP6821839B1

JP6821839B1 - 二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法及びそのシステム

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Publication number: JP6821839B1
Application number: JP2020018386A
Authority: JP
Inventors: 張家豪; 曾聖彬; 倪于晴; 曾繁斌
Original assignee: 行政院原子能委員會核能研究所
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2040-02-05
Also published as: US10925572B1; TWI708217B; TW202117669A; JP2021069915A

Abstract

【課題】二軸走査の幾何構造を有するデジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法及びシステムを提供する。【解決手段】二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法であって、補正用ファントムを提供するステップＳ１１と、深さ方向において、補正用ファントムの第１プレートにおける複数のマーキングポイントの３次元座標位置を第２プレートの複数のマーキングポイントの３次元座標位置に重ねないステップＳ１２と、Ｘ線により補正用ファントムを平面検出器に投影することで補正用ファントム投影画像を取得するステップＳ１３と、マーキングポイントの３次元座標位置と２次元投影座標位置の変換関係から、トモシンセシスシステムに関する射影行列情報を構築するステップＳ１４と、射影行列情報から複数の幾何学的パラメータを算出するステップＳ１５、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法及びそのシステムに関する。

従来のデジタルトモシンセシス（Ｄｉｇｉｔａｌｔｏｍｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ＤＴＳ）システムは、例えば、デジタルブレストトモシンセシスやデジタル胸部トモシンセシスというように、各種医用イメージングにおける臨床診断ツールとして幅広く利用されている。ＤＴＳイメージング過程では、限られた角度から物体について一連の投影画像を取得する。これらのシステムでは、比較的低い放射線量でＣＴと同様の３次元（３Ｄ）情報を有する画像を提供可能である。しかし、従来の胸部ＤＴＳの画質には限界があった。これは、システムの走査機構が頭足（Ｈｅａｄ−Ｆｅｅｔ，Ｈ−Ｆ）方向の単軸走査であって、人体の頭部から足部へ向かう走査経路にＸ線を沿わせためである。この場合、アーチファクト（例えば、Ｂｌｕｒｒｉｎｇ−ｒｉｐｐｌｅやＧｈｏｓｔ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）の影響で、走査方向と平行な構造の一部がぼやけてしまう。換言すれば、従来の胸部ＤＴＳは、走査方向が単軸に限られるために一部の構造について良好な画質を実現できていなかった。そこで、既存の頭足方向の走査に左右（Ｌｅｆｔ−Ｒｉｇｈｔ，Ｌ−Ｒ）方向の走査を加えた二軸走査方向の造影とすれば、上記の課題を解決可能と考えられる。ここで、左右方向の走査とは、人体の左側から右側へ向かう走査経路にＸ線を沿わせるものである。

しかし、二軸の走査運動方式を実現しようとすると、運動機構の幾何誤差が単軸走査の幾何構造に比べて複雑となる。単軸走査の幾何機構の場合には、走査過程において軸運動は１つしか発生しない。そのため、単軸走査の幾何構造においてシステムに軸ズレが生じたとしても、各走査位置が相対的に変動しなければ、再構成画像への影響は画像上での物体のズレにとどまり、画像にアーチファクトが発生することはない。ところが、二軸走査の幾何構造を有するシステムの場合には、図１に示すように、検出器による検出受信範囲Ｒにおいて、頭足方向の走査軸Ａ１の中心点と左右方向の走査軸Ａ２の中心点とが重なり合い（両軸の走査の中心点が重なり合う位置をＰＯで示す）、且つ、頭足方向の走査軸Ａ１と左右方向の走査軸Ａ２が直交せねばならない。換言すると、頭足方向の走査軸Ａ１の中心点と左右方向の走査軸Ａ２の中心点が重ならないだけで軸ズレが発生する。或いは、頭足方向の走査軸Ａ１の中心点と左右方向の走査軸Ａ２が直交しなければ軸傾斜が生じてしまう。このように、二軸走査の幾何構造を有するトモシンセシスシステムの場合には、いずれの幾何誤差（軸ズレ又は軸傾斜）の場合にも再構成画像にアーチファクトが発生する。

そこで、業界では、如何にして「二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法及びそのシステム」を改良及び提供し、上記の課題を回避可能とするかが解決すべき課題となっている。

本発明では、二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法及びそのシステムを提供することで、二軸走査の幾何誤差に起因する画像のアーチファクトを低減させる。

本発明の一実施例では、二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法を提供する。当該方法は、補正用ファントムを提供するステップであって、補正用ファントムが、第１プレート、第２プレート及び複数のマーキングポイントを含み、第１プレートと第２プレートが深さ方向において深さ距離を隔てており、複数のマーキングポイントが第１プレートと第２プレートに設けられるステップと、深さ方向において、第１プレートの複数のマーキングポイントの３次元座標位置を第２プレートの複数のマーキングポイントの３次元座標位置に重ねないステップと、Ｘ線により、補正用ファントムを平面検出器に投影することで補正用ファントム投影画像を取得するステップであって、各マーキングポイントの３次元座標位置が当該平面検出器の２次元投影座標位置に対応するステップと、各マーキングポイントの３次元座標位置と各２次元投影座標位置の変換関係から、トモシンセシスシステムに関する射影行列情報を構築するステップと、射影行列情報から複数の幾何学的パラメータを算出するステップ、を含む。

本発明の他の実施例では、平面検出器、光源及び補正用ファントムを含む二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正システムを提供する。光源はＸ線を出射する。補正用ファントムは、第１プレート、第２プレート及び複数のマーキングポイントを含み、当該第１プレートと当該第２プレートが、深さ方向において深さ距離を隔てている。複数のマーキングポイントは第１プレートと第２プレートにそれぞれ設けられる。且つ、深さ方向において、第１プレートの複数のマーキングポイントの３次元座標位置は第２プレートの複数のマーキングポイントの３次元座標位置と重ならない。補正用ファントムがＸ線により当該平面検出器に投影されることで補正用ファントム投影画像が取得され、各マーキングポイントの３次元座標位置が平面検出器の２次元投影座標位置に対応する。各マーキングポイントの３次元座標位置と各２次元投影座標位置の変換関係から、トモシンセシスシステムに関する射影行列情報が構築される。また、射影行列情報から複数の幾何学的パラメータが算出される。

上述したように、本発明における二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法とそのシステムでは、従来の幾何学的補正方法や装置の場合には二軸走査の幾何構造を有するトモシンセシスシステムに適用できないとの制限が解消される。この方法では、射影行列法をベースとし、既知である補正用ファントムのマーキングポイント位置とその投影位置との関係性を利用することで、二軸デジタルトモシンセシスシステムのジオメトリを十分に表すトモシンセシスシステムの幾何学的パラメータを算出する。

また、本発明で提供する幾何学的補正用ファントムは、上下のプレートのマーキングポイントを特殊設計により互い違いに配列することで、二軸走査の幾何構造を有するデジタルトモシンセシスシステムでは、造影の幾何学的補正過程でマーキングポイントが重なってしまうとの課題を解決可能である。これにより、従来の補正用ファントムの設計では二軸走査のトモシンセシスシステムに適用できないとの制限が解消される。

本発明をより簡単明瞭とすべく、以下に、実施例を挙げるとともに図面を組み合わせて詳細に説明する。

図１は、二軸走査を示す図である。図２は、本発明の二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正システムを示す図である。図３は、本発明の幾何学的補正用ファントムの一実施例を示す図である。図４は、本発明における二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法のフローチャートである。図５Ａは、肩甲骨辺縁の元の二軸胸部トモシンセシス画像を示す図である。図５Ｂは、本発明の幾何学的補正方法を適用したあとの肩甲骨辺縁の二軸胸部トモシンセシス画像を示す図である。図５Ｃは、横隔膜境界の元の二軸胸部トモシンセシス画像を示す図である。図５Ｄは、本発明の幾何学的補正方法を適用したあとの横隔膜境界の二軸胸部トモシンセシス画像を示す図である。

以下に、図面と実施例を組み合わせて、本発明の具体的実施形態につき更に記載する。ただし、以下の実施例は本発明の技術方案をより明確に説明するためのものにすぎず、本発明による保護の範囲を限定するものではない。

各実施例の説明において、一方の部材が他方の部材の「上方／上」或いは「下方／下」に位置すると記載されている場合には、当該他方の部材の上又は下に直接的又は間接的に位置することを意味し、これらの間に設けられるその他の部材を含む場合もある。また、「直接的に」とは、これらの間にその他の仲介部材が設けられないことを意味する。また、「上方／上」或いは「下方／下」等の記載は図面を基準とした説明であるが、その他の可能な方向への変換も含まれる。また、「第１」、「第２」、「第３」及び「第４」とは、異なる部材を記載するためのものであって、これらの部材はこの種の表現により限定されない。また、説明の便宜上及び明瞭化のために、図中の各部材の厚さ又はサイズは、誇張又は省略又は概略といった方式で示しており、各部材のサイズは実際のサイズと完全に一致しているわけではない。

図２は、本発明の二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正システムを示す図である。ここで、図２を参照する。本実施例の二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正システム１００は、光源（ｓｏｕｒｃｅ）ＳＯ、幾何学的補正用ファントムＯＢ及び平面検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）ＩＲを含む。幾何学的補正用ファントムＯＢ（３次元座標系Ｘ，Ｙ，Ｚに位置）は、光源ＳＯと平面検出器ＩＲ（２次元座標系Ｕ，Ｖに位置）の間に位置する。光源ＳＯはＸ線を出射する。また、光源ＳＯは、頭足方向の走査軸Ａ３と左右方向の走査軸Ａ４において走査を実行可能とする。

幾何学的補正用ファントムＯＢを図３に示す。幾何学的補正用ファントムＯＢは、第１プレート１１、第２プレート１２及び複数のマーキングポイントＸ１１，Ｘ１２を含む。第１プレート１１と第２プレート１２はアクリル板である。また、第１プレート１１と第２プレート１２が深さ方向Ｌにおいて深さ距離Ｄを有するよう、第１プレート１１と第２プレート１２は接続部材１３により接続されている。第１プレート１１には複数のマーキングポイントＸ１１が設けられ、第２プレート１２には複数のマーキングポイントＸ１２が設けられる。マーキングポイントＸ１１，Ｘ１２は、スチールボールやその他の金属等のＸ線に対し高減衰の物質とする。また、深さ方向Ｌにおいて、第１プレート１１の複数のマーキングポイントＸ１１の３次元座標位置は、第２プレート１２の複数のマーキングポイントＸ１２の３次元座標位置と重ならない。且つ、マーキングポイントＸ１１とマーキングポイントＸ１２は互い違いとなっている。このように設計することで、二軸によるＸ線走査及び投影過程において、第１プレート１１のマーキングポイントＸ１１と第２プレート１２のマーキングポイントＸ１２が平面検出器ＩＲに投影される際に、各マーキングポイントＸ１１とＸ１２が重なり合うとの事態を回避可能である。

図４は、本発明における二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法のフローチャートである。ここで、図１〜図４を参照する。本実施例の二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法Ｓ１０は、以下のステップＳ１１〜ステップＳ１５を含む。ステップＳ１１では、図３に示すように、幾何学的補正用ファントムＯＢを提供する。幾何学的補正用ファントムＯＢは、第１プレート１１、第２プレート１２及び複数のマーキングポイントＸ１１，Ｘ１２を含む。第１プレート１１と第２プレート１２は、深さ方向Ｌにおいて深さ距離Ｄを隔てている。また、マーキングポイントＸ１１は第１プレート１１に設けられ、マーキングポイントＸ１２は第２プレート１２に設けられる。これにより、幾何学的補正用ファントムＯＢの各マーキングポイントＸ１１，Ｘ１２は、対応する３次元座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）を有する。次に、深さ方向Ｌにおいて、第１プレート１１の複数のマーキングポイントＸ１１の３次元座標位置を第２プレート１２の複数のマーキングポイントＸ１２の３次元座標位置に重ねないステップＳ１２を実行する。図３に示すように、第１プレート１１の複数のマーキングポイントＸ１１は、深さ方向Ｌにおいて第２プレート１２の複数のマーキングポイントＸ１２と重なり合うことがない。且つ、マーキングポイントＸ１１とマーキングポイントＸ１２は互い違いとなっている。

続いて、Ｘ線により幾何学的補正用ファントムＯＢを平面検出器ＩＲに投影することで補正用ファントム投影画像を取得するステップＳ１３を実行する。詳述すると、幾何学的補正用ファントムＯＢは平面検出器ＩＲの上方に設けられる。光源ＳＯはＸ線を出射し、幾何学的補正用ファントムＯＢをＸ線イメージングすることで、補正用ファントム投影画像を取得する。上記のＸ線により幾何学的補正用ファントムＯＢを平面検出器ＩＲに投影するステップは、平面検出器ＩＲ上の補正用ファントム投影画像に投影された各マーキングポイントＸ１１，Ｘ１２の重心位置を算出することで、各マーキングポイントの２次元投影座標位置を取得するステップを含む。即ち、各マーキングポイントＸ１１，Ｘ１２を補正用ファントム投影画像に投影し、補正用ファントム投影画像における各マーキングポイントの重心位置をマーキングポイントの２次元投影座標位置（ｕ，ｖ）として算出する。一実施例では、幾何学的補正用ファントムＯＢの補正用ファントム投影画像について画像前処理を行う。画像前処理は、より正確且つ迅速に前記マーキングポイントＸ１１，Ｘ１２の２次元投影座標位置が得られるよう、画像の平滑化（Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）、画像の二値化（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ）等の慣用の画像処理技術を含む。

本実施例において、Ｘ線は、幾何学的補正用ファントムＯＢを平面検出器ＩＲに投影する。平面検出器ＩＲは２次元平面である。即ち、幾何学的補正用ファントムＯＢのマーキングポイントＸ１１，Ｘ１２の３次元座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）は平面検出器ＩＲの２次元投影座標位置（ｕ，ｖ）に投影され、各マーキングポイントＸ１１，Ｘ１２の３次元座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）が平面検出器ＩＲの２次元投影座標位置（ｕ，ｖ）に対応する。続いて、各マーキングポイントＸ１１，Ｘ１２の３次元座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）とその２次元投影座標位置（ｕ，ｖ）の変換関係から、下記の方程式（１）のように、トモシンセシスシステムにおける射影行列の関係式を構築するステップＳ１４を実行する。

上記方程式（１）において、射影行列情報Ｐは３×４の射影行列（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ）、ｗは距離の重み係数（ｄｉｓｔａｎｃｅｗｅｉｇｈｔｉｎｇｆａｃｔｏｒ）であって（単位無し）、マーキングポイントが位置する３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とその２次元投影座標系（Ｕ，Ｖ）の関係をマッチングするために用いられる。また、Ｔは転置行列である。幾何学的補正用ファントムＯＢ上の各マーキングポイントＸ１１，Ｘ１２は予め設計したものであるため、幾何学的補正用ファントムＯＢの各マーキングポイントＸ１１，Ｘ１２の３次元座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）は既知である。且つ、幾何学的補正用ファントムＯＢはＸ線により平面検出器ＩＲに投影されるため、平面検出器ＩＲ上のマーキングポイントＸ１１，Ｘ１２に対応する２次元投影座標（ｕ，ｖ）についても、重心座標を算出することで明らかとなる。そのため、方程式（１）から射影行列情報Ｐを算出可能である。また、図３に示すように、第１プレート１１における複数のマーキングポイントＸ１１の３次元座標位置は、第２プレート１２における複数のマーキングポイントＸ１２の３次元座標位置と重ならないため、二軸トモシンセシスの走査過程において、第１プレート１１のマーキングポイントＸ１１と第２プレート１２のマーキングポイントＸ１２が平面検出器ＩＲに投影される際に、各マーキングポイントＸ１１とＸ１２が重なり合うとの事態を回避可能である。

このように、方程式（１）と、幾何学的補正用ファントムＯＢにおけるマーキングポイントＸ１１，Ｘ１２の３次元座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）と、マーキングポイントＸ１１，Ｘ１２を平面検出器ＩＲの平面に投影した２次元投影座標位置（ｕ，ｖ）より、射影行列情報Ｐを取得可能である。続いて、射影行列情報Ｐから複数の幾何学的パラメータを算出するステップＳ１５を実行する。ここで、射影行列情報Ｐは、更に方程式（２）のように分解可能である。

方程式（２）において、Ｋは３×３の内部行列（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃｍａｔｒｉｘ）情報、Ｒは３×３の回転行列（ｒｏｔａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ）情報、ｔは３×１の並進ベクトル（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｖｅｃｔｏｒ）情報である。内部行列情報Ｋは、方程式（３）で表すことができる。

上記方程式（３）において、ＳＩＤは投影距離であって、光源ＳＯから平面検出器ＩＲの表面までの距離（図２参照）を示す。また、Ｐ_ｕ及びＰ_ｖは平面検出器ＩＲにおける画素の高さ及び幅であり、ｕ_０及びｖ_０は、光源ＳＯからの中心線（ｃｅｎｔｒａｌｒａｙ）が垂直に平面検出器ＩＲに入射する際の方向ｕ及びｖの座標位置である。

方程式（２）において、回転行列情報Ｒは、方程式（４）のように表すことができる。

上記方程式（４）において、オイラー角（θ_ｘ，θ_ｙ，θ_ｚ）は、幾何学的補正用ファントムＯＢ（検出対象）の座標系（ＸＹＺ軸）周りにおける平面検出器ＩＲの傾斜（回転）角度を示す。

方程式（２）において、並進ベクトル情報ｔは、方程式（５）のように表すことができる。

方程式（５）において、ｔ_ｘ、ｔ_ｙ、ｔ_ｚは、幾何学的補正用ファントムＯＢ（検出対象）の座標系と光源ＳＯの座標系との偏移量を示す。

ステップＳ１４では、射影行列情報Ｐについて数値の演算精度をより高めるべく、演算により取得した射影行列情報Ｐと、各マーキングポイントＸ１１，Ｘ１２の当該座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）から、方程式（１）を用いてマーキングポイントの座標位置（ｕ_ｉ（Ｐ），ｖ_ｉ（Ｐ））を推定するステップを含む。次に、非線形最小二乗法（ｎｏｎｌｉｎｅａｒｌｅａｓｔ−ｓｑｕａｒｅｓｍｅｔｈｏｄ）を用いることで、射影行列から算出したマーキングポイントの２次元投影座標位置（ｕ_ｉ（Ｐ），ｖ_ｉ（Ｐ））と、投影画像から算出したマーキングポイントの２次元投影座標位置（ｕ_ｉ，ｖ_ｉ）との差分を縮小する。非線形最小二乗法を用いることで、射影行列情報Ｐは反復法の過程で２つの位置の差を縮小しつつ収束するため、最適な射影行列情報Ｐが得られる。上記の過程はレーベンバーグ・マーカート法（Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕｒａｄｔａｌｇｏｒｉｔｈｍ）により実現される。目的関数（ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、方程式（６）の通りとなる。

方程式（６）において、（ｕ_ｉ，ｖ_ｉ）はマーキングポイントＸ１１，Ｘ１２の２次元投影座標位置、（ｕ_ｉ（Ｐ），ｖ_ｉ（Ｐ））は射影行列情報Ｐを用いて算出したマーキングポイントの投影座標位置、Ｎはマーキングポイント数である。この反復式の初期値は、方程式（１）のように、直接線形変換法（ｄｉｒｅｃｔｌｉｎｅａｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＤＬＴ）により算出される射影行列情報Ｐに代入可能である。

上記から明らかなように、本実施例では、上記演算により射影行列情報Ｐ、内部行列情報Ｋ及び回転行列情報Ｒを取得する。また、これに続く関係式より、トモシンセシスシステムの幾何学的パラメータを導くことができる。まず、光源ＳＯからの中心線が垂直に平面検出器ＩＲに入射する際の方向ｕ及び方向ｖの座標（ｕ_０，ｖ_０）は、方程式（３）の内部行列情報Ｋより、方程式（７）：ｕ_０＝Ｋ_１３、ｖ_０＝Ｋ_２３から導くことができる。次に、光源ＳＯから検出器ＩＲの表面までの距離（ＳＩＤ）もまた、方程式（３）の内部行列情報Ｋより、方程式（８）：ＳＩＤ＝Ｋ_１１Ｐ_ｕ＝Ｋ_１２Ｐ_ｖから導くことができる。

また、幾何学的補正用ファントムＯＢ（検出対象）の座標系（ＸＹＺ軸）周りにおける平面検出器ＩＲの回転傾斜量（θ_ｘ，θ_ｙ，θ_ｚ）は、方程式（４）の回転行列より、方程式（９）、方程式（１０）、方程式（１１）から導くことができる。

最後に、光源ＳＯの３次元座標位置Ｓ＝［Ｓ_ｘ，Ｓ_ｙ，Ｓ_ｚ，１］^Ｔは、射影行列情報Ｐと方程式（１２）の制約関係から導くことができる。

上記から明らかなように、本発明で提供する方法では、１回の造影で取得した補正用ファントム投影画像を利用して、光源ＳＯからの中心線が平面検出器ＩＲの中心に入射する際の偏移量（ｕ_０，ｖ_０）、光源ＳＯから平面検出器ＩＲの表面までの距離（ＳＩＤ）、平面検出器ＩＲの傾斜角度（θ_ｘ，θ_ｙ，θ_ｚ）及び光源位置（Ｓ_ｘ，Ｓ_ｙ，Ｓ_ｚ）等を含む一群の幾何学的パラメータを得ることができる。

上記フローで取得した幾何学的パラメータを利用することで、二軸走査の幾何構造を有するトモシンセシスシステムによる完全な走査軌道を描くことが可能となる。また、上記の幾何学的パラメータは、二軸（頭足方向（Ｈ−Ｆ）の走査軸と左右方向（Ｌ−Ｒ）の走査軸）の中心点位置が重なっているか否か、及び、二軸（頭足方向（Ｈ−Ｆ）の走査軸と左右方向（Ｌ−Ｒ）の走査軸）の傾斜角が大き過ぎるか否かといった幾何誤差の評価にも用いられる。このうち、頭足方向の走査軸Ａ１の中心点と左右方向の走査軸Ａ２が直交していなければ、両軸に傾斜が生じて傾斜角を有することになる。一例を挙げると、頭足方向（Ｈ−Ｆ）の走査軸の走査ストロークが−３００ｍｍから＋３００ｍｍ（合計６１枚の投影画像を取得）、左右方向（Ｌ−Ｒ）の走査軸の走査ストロークが−１５０ｍｍから＋１５０ｍｍ（合計３１枚の投影画像を取得）の場合、二軸走査の各運動軸の中心点が重なっていなければ、再構成画像にアーチファクトが発生する。評価の結果、運動機構の幾何誤差がシステムの許容範囲を上回っている場合には、上記の幾何学的パラメータをフィードバックして画像再構成アルゴリズムに代入し、システムの幾何行列を補正することで、幾何学的補正を経た再構成画像を得ることができる。これにより、再構成画像の品質が改善される。一例を挙げると、図５Ａに示す肩甲骨（ｓｃａｐｕｌａ）の辺縁と図５Ｃに示す横膈膜（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）の境界には、いずれも明らかに不明瞭な位置ズレが見られる。また、肺血管もぼやけており、不明瞭である（矢印箇所参照）。しかし、本実施例の分析結果を利用した幾何学的パラメータをフィードバックし、画像再構成アルゴリズムに代入することでシステムの幾何行列を補正したところ、幾何学的補正後の二軸胸部トモシンセシス画像は図５Ｂ及び図５Ｄに示すようになった。これらの画像より、上記の状況が明らかに改善されたことがはっきりと見て取れる。こうすることで、医師によるいっそう的確な病巣診断を補助可能となるため、医療の質が向上する。

上述したように、本発明における二軸走査の幾何構造を有するデジタル胸腔トモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法とそのシステムでは、従来の幾何学的補正方法や装置の場合には二軸走査の幾何構造を有するトモシンセシスシステムに適用できないとの制限が解消される。この方法では、射影行列法をベースとし、既知である補正用ファントムのマーキングポイント位置とその投影位置との関係性を利用することで、二軸デジタルトモシンセシスシステムのジオメトリを十分に表すトモシンセシスシステムの幾何学的パラメータを算出する。

また、本発明で提供する幾何学的補正用ファントムは、上下のプレートのマーキングポイントを特殊設計及び最適化することで、二軸走査の幾何構造を有するデジタルトモシンセシスシステムでは、造影の幾何学的補正過程でマーキングポイントが重なってしまうとの課題を解決可能である。これにより、従来の補正用ファントムの設計では二軸走査のトモシンセシスシステムに適用できないとの制限が解消される。

最後に、本発明は、二軸走査のデジタルトモシンセシスシステムに適用可能なだけでなく、従来の単軸走査のトモシンセシスシステム、コンピュータ断層撮影システム、及び、角度制限のあるその他の３次元走査システム等にも適用可能である。いずれの場合でも、本発明を利用することでシステムの幾何誤差が低下し、アーチファクトが除去されるため、画質を向上させられる。

本発明は実施例により上記の通り開示したが、これらは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神を逸脱しない範囲において多少の変更や補足を実施可能である。よって、本発明による保護の範囲は添付の特許請求の範囲により規定される。

１００二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正システム
１１第１プレート
１２第２プレート
１３接続部材
Ａ１，Ａ３頭足方向の走査軸
Ａ２，Ａ４左右方向の走査軸
Ｄ深さ距離
ＰＯ両軸の走査の中心点が重なり合う位置
Ｘ１１，Ｘ１２マーキングポイント
Ｌ深さ方向
Ｒ検出受信範囲
ＩＲ平面検出器
ＯＢ幾何学的補正用ファントム
ＳＩＤ投影距離
ＳＯ光源
Ｓ１０二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法
Ｓ１１〜Ｓ１５ステップ
θ_ｘ平面検出器の傾斜角度
θ_ｙ平面検出器の傾斜角度
θ_ｚ平面検出器の傾斜角度

Claims

二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法において、
補正用ファントムを提供するステップであって、当該補正用ファントムは、第１プレート、第２プレート及び複数のマーキングポイントを含み、当該第１プレートと当該第２プレートは深さ方向において深さ距離を隔てており、当該複数のマーキングポイントは当該第１プレートと当該第２プレートに設けられるステップと、
当該深さ方向において、当該第１プレートの当該複数のマーキングポイントの３次元座標位置を当該第２プレートの当該複数のマーキングポイントの３次元座標位置に重ねないステップと、
Ｘ線により、当該補正用ファントムを平面検出器に投影することで補正用ファントム投影画像を取得するステップであって、各当該マーキングポイントの３次元座標位置が当該平面検出器の２次元投影座標位置に対応するステップと、
各当該マーキングポイントの３次元座標位置と各当該２次元投影座標位置の変換関係から、トモシンセシスシステムに関する射影行列情報を構築するステップと、
当該射影行列情報から複数の幾何学的パラメータを算出するステップと、を含む方法。
上記の当該Ｘ線により当該補正用ファントムを当該平面検出器に投影するステップは、
当該補正用ファントム投影画像における各当該マーキングポイントの投影重心位置を算出することで各当該２次元投影座標位置を取得するステップを含む請求項１に記載の二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法。
当該射影行列情報を利用するステップの後に、
当該複数の幾何学的パラメータを利用して、二軸走査の幾何構造を有するトモシンセシスシステムにおける頭足方向の走査軸と左右方向の走査軸に幾何誤差が存在するか否かを評価し、当該複数の幾何学的パラメータを画像再構成アルゴリズムに代入して再構成画像を補正するステップを含み、
当該幾何誤差は、当該頭足方向の走査軸の中心点位置と左右方向の走査軸の中心点位置が重なっているか否か、又は、当該頭足方向の走査軸と左右方向の走査軸の傾斜角が大き過ぎるか否かを含む請求項１に記載の二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法。
当該射影行列情報を構築するステップの後に、
当該射影行列情報と各当該マーキングポイントの当該３次元座標位置から座標位置を推定するステップと、
非線形最小二乗法によって、当該補正用ファントム投影画像における各当該２次元投影座標位置と当該座標位置との差分を縮小するステップと、を含む請求項１に記載の二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法。
二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正システムにおいて、
平面検出器、
Ｘ線を出射する光源、及び
第１プレート、第２プレート及び複数のマーキングポイントを含み、当該第１プレートと当該第２プレートが深さ方向において深さ距離を隔てており、当該複数のマーキングポイントが当該第１プレートと当該第２プレートにそれぞれ設けられ、当該深さ方向において、当該第１プレートの当該複数のマーキングポイントの３次元座標位置が当該第２プレートの当該複数のマーキングポイントの３次元座標位置と重ならない補正用ファントム、を含み、
当該補正用ファントムが当該Ｘ線により当該平面検出器に投影されることで補正用ファントム投影画像が取得され、各当該マーキングポイントの３次元座標位置が当該平面検出器の２次元投影座標位置に対応し、
各当該マーキングポイントの３次元座標位置と各当該２次元投影座標位置の変換関係から、トモシンセシスシステムに関する射影行列情報が構築され、
当該射影行列情報から複数の幾何学的パラメータが算出されるシステム。