JPWO2017169232A1 - インテリアctの画像再構成方法 - Google Patents
インテリアctの画像再構成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2017169232A1 JPWO2017169232A1 JP2018508547A JP2018508547A JPWO2017169232A1 JP WO2017169232 A1 JPWO2017169232 A1 JP WO2017169232A1 JP 2018508547 A JP2018508547 A JP 2018508547A JP 2018508547 A JP2018508547 A JP 2018508547A JP WO2017169232 A1 JPWO2017169232 A1 JP WO2017169232A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image
- interior
- image reconstruction
- roi
- piecewise
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computerised tomographs
Abstract
Description
図2(a)に示すように、ROI Sの内部に任意の小さな先験情報領域Bが存在し、Bにおいてf(x,y)が一定値C(constant)であることが既知であれば、インテリアCTの画像再構成の解は一意に定まる。ただし,一定値の値Cは事前に未知で良く、この結果1はYeら,Kudoら(非特許文献5、6)の厳密解法の先験的知識を少なくしたものとなっている。
図2(a)に示すように、ROI Sの内部に任意の小さな先験情報領域Bが存在し、Bにおいてf(x,y)がM次の多項式(polynomial)であることが既知であれば、インテリアCTの画像再構成の解は一意に定まる。ここで、多項式とは、画像の濃度変化f(x,y)が以下の形をしていることである。
図2(a)に示すように、ROI Sの内部に任意の小さな先験情報領域Bが存在し、Bにおいてf(x,y)が区分的一様(piecewise constant)であることが既知であれば、インテリアCTの画像再構成の解は一意に定まる。ここで、区分的一様とは、図4に示すように、Bが有限個(L個)の領域D1,D2, …,DLから構成され各領域で一定値C1,C2, …,CLであることである。ただし、領域数Lと一定値C1,C2, …,CLの値は事前に未知で良く、換言すれば、[結果3]は[結果1]の先験的知識を少なくしたものとなっている。
図2(a)に示すように、ROI Sの内部に任意の小さな先験情報領域Bが存在し、Bにおいてf(x,y)がM次の区分的多項式(piecewise polynomial)であることが既知であれば、インテリアCTの画像再構成の解は一意に定まる。ここで、区分的多項式とは、図4に示すようにBが有限個(L個)の領域D1,D2,…,DLから構成されl番目の領域の画像の濃度変化fl(x,y)が以下の形をしていることである。
図8(a)〜(c)に示すROI Sの周囲である縁の部分は多少誤差やアーティファクトが発生しても、画像の中心の部分が上手く再構成できれば応用に大きな支障はない。
インテリアCTの画像再構成ではROI Sの両側に先験情報領域Bを設定した方が、数値計算的に安定に画像再構成でき、アーティファクトや雑音が少なくなる。例えば、中央のみに先験情報領域Bを配置すると、ROI S周囲で誤差が大きくなったり、雑音が増大したりする。
ROI Sの周囲で画像の濃度変化f(x,y)が区分的一様([結果3]の先験的知識)、または、区分的多項式([結果4]の先験的知識)と仮定するのは、多くの場合、第一近似として妥当で概ね当てはまる。
次に、上述した[結果1]〜[結果4]の解の一意性に基づいて投影データから画像を生成する画像再構成法について説明する。もちろん、ある先験的知識を用いることにより解の一意性が証明されていれば、先験的知識を拘束条件として用いる画像再構成法であれば、どのような手法でも厳密に画像生成できるため、画像再構成法には無数の選択肢がある。具体的には、以下のような手順で画像再構成法を構築することができる。まず、画像f(x,y)と投影データp(r,θ)を離散化したベクトルを、各々、x,bで表し、画像に投影データを対応づける投影演算行列をAで表す。ただし、画像xはROI S内の画素のみではなく、断面内の物体存在領域に属する全ての画素を含め(注意が必要)、投影データベクトルbは全ての測定値を一列に並べて作成する。また、先験情報領域Bにおいて先験的知識が満足されているかどうかを評価する評価関数をF(x)で表す。このとき、画像再構成は以下の3つの最適化問題のいずれかとして定式化できる。
(a)(サポート拘束)画像xが事前に既知であるサポート領域ΩOBJの外側でゼロになる。
(b)(非負条件)画像xの成分は負の値を取らない。
(c)(ヒルベルト直線上の投影データ値)後述するヒルベルト変換を用いた画像再構成法では、Ax=bをHx=cに書き換える際の情報のロスを補うため、後述するヒルベルト直線L(u)上の投影データ値が用いられる。
まず、証明に使用する問題設定と用語・記号の定義を行い、証明に使用する先行研究の画像再構成法である微分逆投影(DBP: Differentiated Backprojection)法とトランケーションヒルベルト変換を組み合わせた手法について説明する(非特許文献5、6を参照)。図10(a)に示すように、物体f(x,y)と画像化の対象となるROI Sを考える。そして、直線がSを通る平行ビーム投影データp(r,θ)(r :動径,θ:角度)のみを測定するインテリアCTの状況を想定する。この場合、Sを通らないデータは測定されないためp(r,θ)がトランケーションされ、このような不完全投影データから、Sでf(x,y) を再構成するのがインテリアCTの画像再構成である。上述のように、YeらとKudoらが互いに独立に、「S内の任意の小領域B(いくら小さくともよい)においてf(x,y)が既知である」という先験的知識があれば、インテリアCT画像再構成の解は一意であることを示した(非特許文献5,6を参照)。これらの論文では解の一意性を示す数学的枠組みとしてDBP法を使用しており、[結果4]の証明もDBP法を使用して行う。DBP法では、最初にROI Sをヒルベルト直線(Hilbert line)と呼ばれる直線の集合L(u);u∈U(uは直線を表すパラメータ)に分解しておく。そして、DBP法を用いて画像再構成をヒルベルト直線L(u)ごとのヒルベルト変換(Hilbert transform)と呼ばれる積分変換の逆変換に帰着させて再構成を行う。ただし、ヒルベルト直線の集合L(u);u∈Uは、以下の2つの条件を満足するように選ぶ。
(b) 全てのL(u)がf(x,y)の値が事前に既知である先験情報領域Bと交わる。
図10(a)に示すように、L(u)上に1次元座標tを定義して(原点は任意でよい)、座標t上で画像f(x,y)を一変数関数f(t)で表し、ヒルベルト画像gu(x,y)を一変数関数g(t)で表す。このとき、f(t)とg(t)の関係は次の1次元ヒルベルト変換Hにより表される(非特許文献5,6を参照)。
以上の基礎事項に基づいて、以降では[結果1]〜[結果3]の解の一意性を特別な場合として含む最も強い[結果4]で表される解の一意性を証明する。
[定理]ΩROIにおいてヒルベルト変換g(t)が既知でかつΩPRIにおいて画像f(t)がM次の区分的多項式である先験的知識があれば、f(t)はΩOBJにおいて一意に定まる。
[結果1]M=0,L=1
[結果2]Mは任意,L=1
[結果3]M=0,Lは任意
よって、以下の系も成立する。
f(M+1)(t)(t∈ΩPRI)が式(12)の形に表されることが既知であれば、g(M+1)(t)(t∈ΩROI)からf(M+1)(t)(−∞<t<∞)が一意に定まる。
画像M+1回導関数とそのヒルベルト変換の対をf(M+1)(t),g(M+1)(t)とおく。g(M+1)(t)(t∈ΩROI)とf(M+1)(t)(t∈ΩPRI)が式(12)の形に表される先験的知識からf(M+1)(t)(−∞<t<∞)が一意に定まらないと仮定すると、以下の(a),(b)を同時に満たす画像導関数u(M+1)(t)≠0が存在する。
(a)t∈ΩPRIにおいて、u(M+1)(t)は式(12)の形に表される
(b)
Yeらの論文(非特許文献5)とKudoらの論文(非特許文献6)が発表されて以降、インテリアCTの厳密な画像再構成を可能にする先験的知識の提案は、幾つか先行研究が存在する。本発明の先験的知識と先行研究で使用されたものを整理して、表2に示す。
Claims (15)
- インテリアCTの画像再構成方法であって、撮影対象内部のROIを通過する量子ビームにより投影データを取得し、前記で得られた投影データを用いてCTの画像再構成法により第1段階の近似的な再構成を行い、前記で再構成したCT画像に基づいて前記ROI内において物理量を表す画像の数値が少なくとも区分的に一様または区分的に多項式で表される領域を特定し、前記画像の数値が少なくとも区分的に一様または区分的に多項式で表されると特定した領域の位置とその内部で前記画像の数値を区分的に一様または区分的に多項式で表すことにより、前記第1段階の再構成よりも精度の高い第2段階の再構成を行うことを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- インテリアCTの画像再構成方法であって、撮影対象内部のROIを通過する量子ビームにより投影データを取得し、前記ROI内において物理量を表す画像の数値が少なくとも区分的に一様または区分的に多項式で表される領域を、前記ROI内の一部に予め固定して配置して、当該領域の位置とその内部で前記画像の数値を区分的に一様または区分的に多項式で表すことにより、精度の高い再構成を行うことを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項1或いは2に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記物理量を表す投影データの数値が、当該撮影対象による前記量子ビームの吸収により得られることを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項1或いは2に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記物理量を表す投影データの数値が、当該撮影対象による前記量子ビームの位相シフトにより得られることを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項1或いは2に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記物理量を表す投影データの数値が、当該撮影対象による前記量子ビームの回折により得られることを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項1或いは2に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記物理量を表す投影データの数値が、当該撮影対象による前記量子ビームの散乱により得られることを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項4〜6の何れか1項に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記量子ビームの位相シフト、回折、又は回折を含む前記投影データの数値は、光学素子の追加あるいはその位置変更により検出器で取得した複数の前記量子ビームの強度データのセットから抽出され、当該抽出された前記量子ビームの位相シフト、回折、又は回折を含む前記投影データの数値を用いて画像を再構成することを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項1に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記ROI内において特定される前記少なくとも区分的に一様または区分的に多項式な領域は、前記第1段階の近似的な再構成により得られたCT画像を使用して人間が手動で設定することを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項1に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記ROI内において特定される前記少なくとも区分的に一様または区分的に多項式な領域は、前記第1段階の近似的な再構成により得られたCT画像を使用して画像処理により設定することを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項1に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記第1段階の近似的な再構成により得られたCT画像を使用して前記ROI内で特定される前記少なくとも区分的に一様または区分的に多項式な領域は、前記ROI内で、前記撮影対象の以前に取得したCT画像からの特定、前記撮影対象の構造を表すモデルや先験情報からの特定の少なくとも一つにより予め設定されていることを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項1に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記第1段階の近似的な再構成を、フィルタ補正逆投影(FBP)法、逐次近似法、統計的再構成法を含む従来のCTの画像再構成法の少なくとも一つにより実行することを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項1に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記第2段階の再構成を、微分逆投影ヒルベルト変換法、拘束条件付き逐次近似法、及び、拘束条件付き統計的再構成法を含むCTの画像再構成法の少なくとも一つにより実行することを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項9に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記第1段階の近似的な再構成により得られたCT画像を使用して前記ROI内で特定される前記少なくとも区分的に一様または区分的に多項式な領域は、前記ROIの境界の一部を含んで形成されていることを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項2に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記ROI内に予め設定された領域は、前記ROIの境界の一部を含んで形成されていることを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
- 前記請求項2に記載したインテリアCTの画像再構成方法において、前記ROI内に予め設定された領域の位置とその内部で前記画像の数値が区分的に一様または区分的に多項式で表すことによる再構成を、微分逆投影ヒルベルト変換法、拘束条件付き逐次近似法、及び、拘束条件付き統計的再構成法を含むCTの画像再構成法の少なくとも一つにより実行することを特徴とするインテリアCTの画像再構成方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016071935 | 2016-03-31 | ||
JP2016071935 | 2016-03-31 | ||
PCT/JP2017/005515 WO2017169232A1 (ja) | 2016-03-31 | 2017-02-15 | インテリアctの画像再構成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2017169232A1 true JPWO2017169232A1 (ja) | 2019-04-11 |
JP6760611B2 JP6760611B2 (ja) | 2020-09-23 |
Family
ID=59963945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018508547A Active JP6760611B2 (ja) | 2016-03-31 | 2017-02-15 | インテリアctの画像再構成方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6760611B2 (ja) |
WO (1) | WO2017169232A1 (ja) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7697658B2 (en) * | 2008-02-01 | 2010-04-13 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Interior tomography and instant tomography by reconstruction from truncated limited-angle projection data |
WO2010121043A2 (en) * | 2009-04-15 | 2010-10-21 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Exact local computed tomography based on compressive sampling |
-
2017
- 2017-02-15 JP JP2018508547A patent/JP6760611B2/ja active Active
- 2017-02-15 WO PCT/JP2017/005515 patent/WO2017169232A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2017169232A1 (ja) | 2017-10-05 |
JP6760611B2 (ja) | 2020-09-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dong et al. | X-ray CT image reconstruction via wavelet frame based regularization and Radon domain inpainting | |
Jia et al. | GPU-based fast low-dose cone beam CT reconstruction via total variation | |
US11670017B2 (en) | Systems and methods for reprojection and backprojection via homographic resampling transform | |
US8768030B2 (en) | CT measurement with multiple X-ray sources | |
WO2015016328A1 (ja) | X線CT(Computed Tomography)装置、画像処理装置、画像処理方法及び記憶媒体 | |
US9824468B2 (en) | Dictionary learning based image reconstruction | |
US9730657B2 (en) | Computed tomography based on linear scanning | |
US10722178B2 (en) | Method and apparatus for motion correction in CT imaging | |
JP6118324B2 (ja) | 制限角度トモグラフィーにおけるフィルターバックプロジェクションのための画像再構成方法 | |
JP2001224586A (ja) | 画像マッピング方法及びシステム | |
Riblett et al. | Data‐driven respiratory motion compensation for four‐dimensional cone‐beam computed tomography (4D‐CBCT) using groupwise deformable registration | |
JP2016152916A (ja) | X線コンピュータ断層撮像装置及び医用画像処理装置 | |
JP7154611B2 (ja) | インテリアct画像生成方法 | |
Sunnegårdh et al. | Regularized iterative weighted filtered backprojection for helical cone‐beam CT | |
Dillon et al. | Evaluating reconstruction algorithms for respiratory motion guided acquisition | |
US9953440B2 (en) | Method for tomographic reconstruction | |
Jang et al. | Head motion correction based on filtered backprojection for x‐ray CT imaging | |
US8379948B2 (en) | Methods and systems for fast iterative reconstruction using separable system models | |
US20100232663A1 (en) | Computed tomography reconstruction for two tilted circles | |
US20190180481A1 (en) | Tomographic reconstruction with weights | |
WO2017169232A1 (ja) | インテリアctの画像再構成方法 | |
KR102329938B1 (ko) | 뉴럴 네트워크를 이용한 콘빔 단층촬영 영상 처리 방법 및 그 장치 | |
Li et al. | Robust frame based X-ray CT reconstruction | |
JP2019500075A (ja) | コンピュータ断層撮影画像生成装置 | |
WO2023243503A1 (ja) | インテリアctの画像再構成方法、画像再構成装置、及び、プログラム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AA64 | Notification of invalidation of claim of internal priority (with term) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764 Effective date: 20190122 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190212 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190212 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190807 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20191016 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200109 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200818 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200827 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6760611 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |