JPWO2021140309A5 - - Google Patents
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Description
本発明は一般に、トモグラム(又は、断層像/断層写真/tomogram)を生成するための装置及び方法に関し、限定的ではないが、特に、病理学及び/又は非破壊評価における有用性を見出す。 The present invention relates generally to apparatus and methods for producing tomograms, and finds particular, but not limited, utility in pathology and/or non-destructive evaluation.
比較的大きな領域の高解像度スキャンを実行することがしばしば要求されるが、解像度が増加し、領域のサイズが増加することにつれて、これは面倒になる。再構成(reconstruction)が実行された後、高解像度スキャンが全領域にわたっては必要とされないが、より低い解像度が特定のサブ領域において使用され得、これは撮像及び再構成の両方における負担のいくらかを低減したものであろうことが明らかになり得る。 It is often required to perform high resolution scans of relatively large areas, but as resolution increases and area size increases, this becomes cumbersome. After reconstruction is performed, high-resolution scans are not required over the entire region, but lower resolution may be used in specific sub-regions, which takes some of the burden off both imaging and reconstruction. It may become clear that the
本発明は撮像プロセス中に、高解像度及び低解像度スキャンがどこで適切であるかを動的に決定することによって、この負担を軽減しようとするものである。このようにして、航空機の翼のような大きな構造物を迅速かつ容易に走査することができる。特に、システムは、低解像度走査に基づいて、より高い解像度が必要とされるサブ領域を自動的に決定する一方で、大きな領域を低解像度で走査することができる。 The present invention seeks to alleviate this burden by dynamically determining during the imaging process where high-resolution and low-resolution scans are appropriate. In this way, large structures such as aircraft wings can be scanned quickly and easily. In particular, the system can scan large areas at low resolution while automatically determining sub-areas where higher resolution is required based on the low resolution scan.
本発明の第1の態様によれば、トモグラムを生成する方法であって、対象(又は、被検体/subject)の複数の第1のX線減衰画像を取得するステップであって、前記複数の第1のX線減衰画像はX線放射線の減衰を示す第1の密度関数を再構成するのに適しており、前記第1の密度関数は、第1の解像度を有する、該ステップと、複数の第1のX線減衰画像から、エントロピー及び/又は勾配(又は、グラジエント/gradient)がそれぞれ定義済みの閾値エントロピー及び/又は勾配を超える少なくとも1つの第1の領域を識別するステップと、前記少なくとも1つの第1の領域の少なくとも1つの第2のX線減衰画像を取得するステップと、前記複数の第1のX線減衰画像及び前記少なくとも1つの第2のX線減衰画像からX線放射線の減衰を示す第2の密度関数を再構成するステップであって、前記第2の密度関数は、前記第1の解像度よりも高い第2の解像度を有する、該ステップと、を含む方法が提供される。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for generating a tomogram, the method comprising: acquiring a plurality of first X-ray attenuation images of a subject; the first X-ray attenuation image is suitable for reconstructing a first density function indicative of the attenuation of X-ray radiation, said first density function having a first resolution; identifying from a first X-ray attenuation image of at least one first region whose entropy and/or gradient exceed a predefined threshold entropy and/or gradient, respectively; acquiring at least one second X-ray attenuation image of one first region; reconstructing a second density function indicative of attenuation, the second density function having a second resolution higher than the first resolution. Ru.
アプローチは、所定のグリッド上の初期スキャンを使用して、最小限の画像セットを得、次いで、さらなるスキャンのための関心領域を識別する。さらなるスキャン位置は以前の反復において見出された情報(例えば、画像エントロピー又は勾配)のレベルによって決定され、このような領域は、その領域内のエッジ(又は、端部/エッジ)、クラック(又は、亀裂/crack)又は複雑な構造を示す。各反復の後、情報(例えば、画像エントロピー又は勾配)のレベルは、ピクセル/ボクセルのサイズに対して減少する。本明細書では、ボクセルが3Dピクセル、すなわち、再構成された密度関数の解像度を決定するサイズとして定義される。 The approach uses an initial scan on a predetermined grid to obtain a minimal set of images and then identifies regions of interest for further scans. Further scan positions are determined by the level of information (e.g. image entropy or gradient) found in previous iterations, and such regions are identified by edges (or edges/edges), cracks (or , cracks) or complex structures. After each iteration, the level of information (eg, image entropy or gradient) decreases relative to the pixel/voxel size. A voxel is defined herein as a 3D pixel, ie a size that determines the resolution of the reconstructed density function.
このようにして、スキャンするためのより効率的な方法が達成される。これはスキャン点(すなわち、画像)の個数が増やされうることを意味し、これはより短いスタンドオフ距離を有するより低電力の装置が使用されうることを意味し、これはより小型で携帯可能なユニットをもたらす。例えば、一般的な線源は、開口角度(opening angle)が30~60度のX線のコーンを生成する。このような線源を対象の厚さの数倍のスタンドオフ距離(stand off distance)に移動させると、2D画像に対する完全なカバレージを可能にするが、逆二乗則のためにX線パワーを数倍必要とするという犠牲を払い、1つの位置からの非常に大きな検出器面積又は複数の露光(exposure)を必要とする。全体の装置の体積及び重量は、線源を対象の厚さの小さな倍数に移動させる場合と比較して増加するであろう。 In this way a more efficient method for scanning is achieved. This means that the number of scan points (i.e. images) can be increased, which means that lower power equipment with shorter standoff distances can be used, which makes it more compact and portable. brings a unit. For example, a typical source produces a cone of x-rays with an opening angle of 30 to 60 degrees. Moving such a source to a stand off distance of several times the thickness of the object allows complete coverage for 2D images, but reduces the X-ray power by several times due to the inverse square law. It requires a much larger detector area or multiple exposures from one location, at the cost of doubling the need. The volume and weight of the entire device will increase compared to moving the source to a small multiple of the object thickness.
定義済みの閾値は、オペレータによって調整可能であってもよく、又は1つ又は複数の物理的制約に基づいてプロセッサによって自動的に選択されてもよい。可能な定義済みの閾値の範囲内で、均一な材料について典型的に測定されるものをなお上回る低い閾値が選択されてもよく、イメージングが実行される設定に典型的なバックグラウンドノイズレベルを考慮してもよい(すなわち、低い閾値は、さもなければ均一な材料における微妙な欠陥を探すために選択されてもよい)。逆に、高い閾値は骨折又は鋭いエッジがそのような設定に達するように選択され得る(すなわち、高い閾値は、破損(又は、骨折/fracture)を単に識別するために選択され得る)。低い閾値はさらなる検査を必要とする領域を決定するために使用されてもよく、高い閾値は小さい特徴が検出され得る十分な詳細に領域がいつ到達したかを決定するために使用されてもよい。中間閾値は、取得及び/又は対象の状況に応じて、ユーザによって選択されてもよい。 The predefined threshold may be adjustable by an operator or may be automatically selected by a processor based on one or more physical constraints. Within the range of possible predefined thresholds, lower thresholds may be chosen that still exceed those typically measured for homogeneous materials, taking into account the background noise levels typical of the setting in which the imaging is performed. (i.e., a low threshold may be chosen to look for subtle defects in an otherwise uniform material). Conversely, a high threshold may be selected such that fractures or sharp edges reach such settings (ie, a high threshold may be selected to simply identify fractures). A lower threshold may be used to determine areas that require further inspection, and a higher threshold may be used to determine when an area has reached sufficient detail that small features can be detected. . The intermediate threshold may be selected by the user depending on the acquisition and/or subject situation.
本方法は前記複数の第1のX線減衰画像及び前記少なくとも1つの第2のX線減衰画像から、エントロピー及び/又は勾配がそれぞれ定義済みの閾値エントロピー及び/又は勾配を超える少なくとも1つの第2の領域を識別するステップと、前記少なくとも1つの第2の領域の少なくとも1つの第3のX線減衰画像を取得するステップと、前記複数のX線減衰画像、前記少なくとも1つの第2のX線減衰画像及び前記少なくとも1つの第3のX線減衰画像からX線放射線の減衰を示す第3の密度関数を再構成するステップであって、第3の密度関数が前記第2の解像度よりも高い第3の解像度を有する、該ステップと、を更に含むことができる。 The method comprises determining from the plurality of first X-ray attenuation images and the at least one second X-ray attenuation image at least one second and obtaining at least one third X-ray attenuation image of the at least one second region, the plurality of X-ray attenuation images, the at least one second X-ray reconstructing a third density function indicative of x-ray radiation attenuation from an attenuation image and the at least one third x-ray attenuation image, the third density function being higher than the second resolution; having a third resolution.
少なくとも1つの更なる(例えば、第3、第4等)領域を識別すること、少なくとも1つの更なる(例えば、第4、第5等)X線減衰画像を取得すること、及び更なる密度関数(例えば、第4、第5等)を再構成することを含む更なるシーケンスも、同様に適用されることが考えられる。ここに開示されたアプローチは、取得された画像データ、従って対象の特徴に反復的に基づいている。 identifying at least one additional (e.g., third, fourth, etc.) region; acquiring at least one additional (e.g., fourth, fifth, etc.) x-ray attenuation image; and the further density function. It is contemplated that further sequences involving reconfiguring (eg, fourth, fifth, etc.) may apply as well. The approach disclosed herein is based iteratively on the acquired image data and thus on the features of the object.
この反復プロセスは、エントロピー及び/又は勾配がそれぞれ定義済みの閾値エントロピー及び/又は勾配を超える少なくとも1つのさらなる領域が識別できなくなるまで継続することができる。代替的に又は追加的に、この反復プロセスは情報(例えば、画像エントロピー又は勾配)のレベルのさらなる改善が見られなくなるまで、すなわち、ピクセル/ボクセルサイズに対して、さらなる減少がないか、又は少なくとも減少がある閾値レベル未満になるまで継続することができる。閾値レベルは、定義済みの閾値エントロピー及び/又は勾配に対するパーセンテージ及び/又は絶対変化とすることができる。 This iterative process may continue until at least one additional region whose entropy and/or gradient exceeds a predefined threshold entropy and/or gradient, respectively, cannot be identified. Alternatively or additionally, this iterative process is repeated until no further improvement in the level of information (e.g. image entropy or gradient) is seen, i.e. with respect to pixel/voxel size, there is no further reduction or at least This can continue until the decrease is below a certain threshold level. The threshold level may be a percentage and/or absolute change to a defined threshold entropy and/or slope.
これらの境界(又は、限界/limits)は反復プロセスの終わりを定義し、すべてのボクセルに適用するために必要とされることがある。 These boundaries (or limits) define the end of the iterative process and may be required to apply to all voxels.
対象の複数の第1のX線減衰画像を取得するステップは、X線放射の減衰を示す第1の密度関数を再構成するために必要な第1のX線減衰画像の最小数を決定することを含み得る。すなわち、この取得するステップは、各エミッタの位置から生じるX線コーンをその対象に完全に照射するために必要とされる第1のセットのエミッタの位置を決定するステップを含み得る。完全に照射するとは、対象の各部分を通過する少なくとも1つのビームのX線放射線、及び/又は対象の各部分を通過する少なくとも2つ、3つ又はそれ以上のビームのX線放射線を意味することができる。 acquiring a plurality of first x-ray attenuation images of the object determines a minimum number of first x-ray attenuation images needed to reconstruct a first density function indicative of attenuation of x-ray radiation; may include. That is, the acquiring step may include determining the first set of emitter positions required to completely illuminate the subject with an x-ray cone originating from each emitter position. Completely irradiating means at least one beam of X-ray radiation passing through each part of the object, and/or at least two, three or more beams of X-ray radiation passing through each part of the object. be able to.
X線放射線の減衰を示す第1の密度関数を再構成するステップは、対象の2D画像を生成するステップを含み得るか、又は3Dトモグラムを生成するステップを含み得る。このようにして生成された3Dトモグラムは、10ミクロン、20ミクロン、50ミクロン、100ミクロン、200ミクロン、500ミクロン、1000ミクロン等の所定の解像度を含むことができる。そのような解像度の選択はオペレータによって実行されてもよく、又は結果として得られるトモグラム及び/又は考慮中の対象の要件に基づいて自動的に選択されてもよい。 Reconstructing the first density function indicative of the attenuation of the X-ray radiation may include generating a 2D image of the object, or may include generating a 3D tomogram. The 3D tomogram thus generated may include a predetermined resolution such as 10 microns, 20 microns, 50 microns, 100 microns, 200 microns, 500 microns, 1000 microns, etc. The selection of such resolution may be performed by an operator or may be automatically selected based on the requirements of the resulting tomogram and/or the object under consideration.
同様に、このようにして生成された3Dトモグラムは、10ミクロン、20ミクロン、50ミクロン、100ミクロン、200ミクロン、500ミクロン、1000ミクロン等の所定のスライス厚さを含むことができる。そのようなスライス厚さの選択はオペレータによって実行されてもよく、又は結果として得られるトモグラム及び/又は考慮中の対象の要件に基づいて自動的に選択されてもよい。スライス厚さは求められる解像度に基づいて決定されてもよく(例えば、スライスの厚さ/解像度はスライス内の解像度に一致するように選択されてもよい)、又は求められる解像度とは無関係であってもよい。このようにして、解像度という用語は(例えば、X-Y平面、例えば、X軸及びY軸の一方又は両方における)スライスの平面解像度を意味することができ、ピクセルサイズに関連することができ、及び/又はスライスの解像度(例えば、平面解像度に対して直角なZ方向の解像度)を意味することができる。特に、解像度という用語は、ボクセルサイズに関連し得る。 Similarly, the 3D tomogram thus generated may include predetermined slice thicknesses such as 10 microns, 20 microns, 50 microns, 100 microns, 200 microns, 500 microns, 1000 microns, etc. Such slice thickness selection may be performed by an operator or may be automatically selected based on the resulting tomogram and/or the requirements of the subject under consideration. The slice thickness may be determined based on the desired resolution (e.g., the slice thickness/resolution may be selected to match the resolution within the slice), or may be independent of the desired resolution. You can. In this way, the term resolution can mean the planar resolution of a slice (e.g., in the XY plane, e.g., one or both of the X and Y axes) and can be related to pixel size; and/or slice resolution (eg, resolution in the Z direction perpendicular to the planar resolution). In particular, the term resolution may relate to voxel size.
後続の(例えば、第2、第3、第4、第5等の)密度関数を再構成することは、先行する(例えば、第1、第2、第3、第4等の)密度関数から生成された3Dトモグラムと同じ又はそれより小さいスライス厚さを有する更なる3Dトモグラムを生成することを含むことができる。 Reconstructing a subsequent (e.g., second, third, fourth, fifth, etc.) density function from a preceding (e.g., first, second, third, fourth, etc.) density function The method may include generating a further 3D tomogram having the same or smaller slice thickness as the generated 3D tomogram.
対象は、人、身体部分、試料、製造された部品(又は、構成要素/component)、又は検査される(又は、問い合わせられる/interrogated)任意の他の物品であってもよい。対象はその一部であってもよく、すなわち、対象は、上述の物品内の関心領域であってもよい。関心領域は任意の形状(例えば、立方体、円筒形、又はユーザによって画定される任意の他の幾何学的形状)とすることができ、X線を放出及び/又は検出することができる全領域の一部分のみとすることができる。 The object may be a person, a body part, a specimen, a manufactured part, or any other item that is being examined (or interrogated). The object may be a part thereof, ie the object may be a region of interest within the above-mentioned article. The region of interest can be any shape (e.g., cubic, cylindrical, or any other geometric shape defined by the user) and includes the total area from which X-rays can be emitted and/or detected. It can be only a part.
単一の可動X線エミッタが存在してもよいが、好ましい実施形態では例えば、アレイ状に配置された(例えば、フラットパネルを形成する)複数のX線エミッタが存在してもよい。アレイは三角形/六角形グリッド、正方形/長方形グリッド、及び/又は任意の他の望ましいグリッドであってもよいが、単一のエミッタを移動させて、そのようなグリッドの配列を複製してもよいことが考えられる。複数のX線エミッタは、対象に対して移動可能であっても、又は移動不可能であってもよい。複数のX線エミッタは検出器(例えば、検出器パネル)に対して移動可能であっても、又は移動不可能であってもよい。 Although there may be a single movable X-ray emitter, in preferred embodiments there may be multiple X-ray emitters arranged, for example, in an array (eg, forming a flat panel). The array may be a triangular/hexagonal grid, a square/rectangular grid, and/or any other desired grid, but a single emitter may be moved to replicate the array of such grids. It is possible that The multiple x-ray emitters may be movable or non-moveable relative to the subject. The plurality of x-ray emitters may be movable or non-movable relative to the detector (eg, a detector panel).
前記複数の第1のX線減衰画像から、エントロピー及び/又は勾配がそれぞれ定義済みの閾値エントロピー及び/又は勾配を超える少なくとも1つの第1の領域を識別するステップは、X線放射線の減衰を示す第1の密度関数を再構成するステップと、前記第1の密度関数内の複数の点の各点について、その点を取り囲む領域内のエントロピー及び/又は勾配を決定するステップと、を含むことができる。この識別するステップは、プロセッサによって自動的に実行されてもよい。 identifying from said plurality of first X-ray attenuation images at least one first region whose entropy and/or slope exceeds a predefined threshold entropy and/or slope, respectively, indicative of attenuation of X-ray radiation; reconstructing a first density function; and determining, for each point of a plurality of points in the first density function, the entropy and/or gradient in a region surrounding the point. can. This identifying step may be performed automatically by the processor.
点は第1の密度関数の各スライスに適用することができるグリッド/アレイに対応するように選択することができる、及び/又は予め決めることができる。代替的に又は追加的に、その点は、第1の密度関数におけるピクセル/ボクセルに対応することができる。 The points can be selected and/or predetermined to correspond to a grid/array that can be applied to each slice of the first density function. Alternatively or additionally, the point may correspond to a pixel/voxel in the first density function.
例えば、複数の第1のX線減衰画像から、エントロピー及び/又は勾配がそれぞれ定義済みの閾値エントロピー及び/又は勾配を超える少なくとも1つの第1の領域を識別するステップは、X線放射線の減衰を示す第1の密度関数を再構成するステップであって、前記第1の密度関数が決定されたX線減衰量に対応する値を有する複数のピクセル/ボクセルを含む、該ステップと、前記第1の密度関数内の複数のピクセル/ボクセルの各ピクセル/ボクセルについて、そのピクセル/ボクセルを取り囲む領域内のエントロピー及び/又は勾配を決定するステップと、を含むことができる。 For example, identifying from a plurality of first X-ray attenuation images at least one first region whose entropy and/or slope exceed a predefined threshold entropy and/or slope, respectively, reconstructing a first density function representing the first density function, the first density function comprising a plurality of pixels/voxels having values corresponding to the determined x-ray attenuation; for each pixel/voxel of the plurality of pixels/voxels within the density function of the plurality of pixels/voxels, determining the entropy and/or gradient within the region surrounding that pixel/voxel.
その点/ピクセル/ボクセルを取り囲む領域は、その画素/ボクセルからの絶対距離及び/又はその点/ピクセル/ボクセルの中心(例えば半径)、及び/又はその点/ピクセル/ボクセルからの相対距離及び/又はその点/ピクセル/ボクセルの中心(例えば半径)に基づいて決定されてもよい。この文脈では、絶対距離が対象に対して測定された距離(例えば、ミクロン単位の距離)を意味することができ、及び/又は相対距離がピクセル/ボクセルに対して測定された距離(例えば、ピクセル/ボクセル及び/又はスライス、例えば、少なくとも1、2、5、10、20、50又はそれ以上のピクセル/ボクセルのスライスの数)を意味することができる。 The area surrounding that point/pixel/voxel is determined by its absolute distance from that pixel/voxel and/or by the center (e.g. radius) of that point/pixel/voxel, and/or by its relative distance from that point/pixel/voxel and/or by its relative distance from that point/pixel/voxel. Or it may be determined based on the center (eg radius) of that point/pixel/voxel. In this context, absolute distance can mean the distance measured relative to the object (e.g. distance in microns) and/or relative distance may mean the distance measured relative to the pixel/voxel (e.g. pixel /voxels and/or slices, for example a number of slices of at least 1, 2, 5, 10, 20, 50 or more pixels/voxels).
エントロピーのこのような計算(例えば、領域内の全変動を計算することによって)は、検査中のスキャン位置からの距離に基づく重み付け項を使用することを含み得る。 Such calculation of entropy (eg, by calculating the total variation within a region) may include using a weighting term based on distance from the scan location under examination.
第1の密度関数内の複数のピクセル/ボクセルは第1の密度関数内のすべてのピクセル/ボクセルを形成することができ、又は第1の密度関数内の全ピクセル/ボクセルのサブセットのみを形成することができ、その結果、決定するステップは、そのサブセットに対してのみ実行される。これにより、処理を削減することができる。 The plurality of pixels/voxels within the first density function may form all pixels/voxels within the first density function, or only a subset of all pixels/voxels within the first density function. , so that the determining step is performed only on that subset. Thereby, processing can be reduced.
第1の密度関数に関して上述したのと同じ原理を、後続の(例えば、第2、第3、第4等の)密度関数に適用することができる。例えば、前記第2の密度関数が決定されたX線減衰量に対応する値を有する第2の複数のピクセル/ボクセルを含むことができ、前記複数の第1のX線減衰画像及び前記少なくとも1つの第2のX線減衰画像から、エントロピー及び/又は勾配がそれぞれ定義済みの閾値エントロピー及び/又は勾配を超える少なくとも1つの第2の領域を識別するステップは、前記第2の密度関数内の複数のピクセル/ボクセルの各ピクセル/ボクセルについて、そのピクセル/ボクセルを取り囲む領域内のエントロピー及び/又は勾配を決定するステップを含むことができる。 The same principles described above with respect to the first density function can be applied to subsequent (eg, second, third, fourth, etc.) density functions. For example, the second density function can include a second plurality of pixels/voxels having values corresponding to the determined x-ray attenuation, and the plurality of first x-ray attenuation images and the at least one identifying at least one second region from two second X-ray attenuation images whose entropy and/or slope exceed a predefined threshold entropy and/or slope, respectively For each pixel/voxel of the pixels/voxel, the method may include determining the entropy and/or gradient within the region surrounding that pixel/voxel.
前記複数の第1のX線減衰画像から、エントロピー及び/又は勾配がそれぞれ定義済みの閾値エントロピー及び/又は勾配を超える少なくとも1つの第1の領域を識別するステップは、X線源の各潜在的位置について、前記少なくとも1つの第1の領域を介して検出器平面からそれぞれの潜在的位置に後方投影する(back-projecting)ステップと、前記少なくとも1つの第1の領域内の各ボクセルについて、その潜在的位置から前記少なくとも1つの第2のX線減衰画像を取得するかどうかを確立するステップと、を含むことができ、前記少なくとも1つの第1の領域の前記少なくとも1つの第2のX線減衰画像の取得は、それらの確立された潜在的位置に対応する減衰画像を取得するステップを含む。 The step of identifying from said plurality of first X-ray attenuation images at least one first region whose entropy and/or slope exceeds a predefined threshold entropy and/or slope, respectively, comprises back-projecting for each potential location from the detector plane through the at least one first region; and for each voxel in the at least one first region, establishing whether to acquire the at least one second x-ray attenuation image from the potential location, the at least one second x-ray image of the at least one first region; Acquiring attenuation images includes acquiring attenuation images corresponding to those established potential locations.
確立するステップは、前記ボクセルの角度カバレージを最大にする幾何学的ファクタと、前記ボクセルが少なくとも1回画像化されることを確実にする(又は、保証する/ensure)オーバーラップファクタと、前記少なくとも1つの第1の領域内のエントロピーを最小にするエントロピーファクタと、を含む重み付き制約を含む関数を最適化するステップと、前記関数の値に基づいて潜在的位置を選択するステップと、を含むことができる。 establishing a geometric factor that maximizes angular coverage of said voxel; an overlap factor that ensures that said voxel is imaged at least once; and said at least one an entropy factor that minimizes entropy within one first region; and selecting potential locations based on the values of the function. be able to.
幾何学的ファクタはスキャン点をできるだけ離すように駆動する傾向がある(すなわち、より大きな角度に重み付けされるが、線源の最大円錐角度よりも小さい)。オーバーラップファクタはオーバーラップを最大にする傾向があり、これは、スキャン点をできるだけ近づけるように駆動する傾向がある。オーバーラップファクタは、「盲点なし」('no blind spot')条件と見なされてもよい。重み付けは測定又はモデリングによって決定することができるが、検討中のハードウェアに応じて異なる。 Geometric factors tend to drive the scan points as far apart as possible (ie, weighted towards larger angles, but less than the maximum cone angle of the source). The overlap factor tends to maximize the overlap, which tends to drive the scan points as close as possible. The overlap factor may be considered a 'no blind spot' condition. The weightings can be determined by measurements or modeling and will vary depending on the hardware under consideration.
それ以降のスキャンは最も高いエントロピー勾配の方向に、又は最も近いグリッド点で実行することができる。 Subsequent scans can be performed in the direction of the highest entropy gradient or at the nearest grid point.
本方法は、取得されるべき前記少なくとも1つの第2のX線減衰画像の各々の間のほぼ最適な経路を決定するステップをさらに含み得る。 The method may further include determining a substantially optimal path between each of the at least one second X-ray attenuation image to be acquired.
ソース位置「要求」の完全なセットが生成されると、ほぼ最適な経路を計算することができる。一般に、繰り返しの訪問を伴わないn点間の最適経路は、閉形式では可解ではなく、NP困難である(したがって、n>>>1に対して大きな計算コストを必要とする)。よく研究された「巡回セールスマン問題」(TSP)からの技術は、典型的には座標のセットを通るほぼ最適な経路を見つけるために使用される。 Once a complete set of source location "requests" has been generated, a near-optimal route can be calculated. In general, an optimal path between n points without repeated visits is not solvable in closed form and is NP-hard (thus requiring large computational costs for n>>>1). Techniques from the well-studied "Travelling Salesman Problem" (TSP) are typically used to find near-optimal paths through a set of coordinates.
線源は、最適な経路に沿った各点に移動され、各点で露光が行われ、検出器上に記録されてもよい。この移動は実際のものであってもよく、すなわち、線源は、経路に沿った点の間で物理的に移動されてもよい。代替的に又は追加的に、移動は仮想的であってもよく、すなわち、一連のX線エミッタをエミッタアレイ内で作動させ、経路を追跡してもよい。幾つかの実施形態では、組み合わせ又は実及び仮想移動を使用することができ、即ち、エミッタアレイを物理的に移動させることができ、個々のX線エミッタを作動させて経路を追跡することができる。検出器がX線円錐投影法と比較して小さい場合には所定の場所に対して複数の露光が必要となることがあり、その場合には検出器が各検出器位置で撮像される露光と共に、いくつかの位置に移動されなければならない。このような場合、検出器の領域及び位置は必要な検出領域全体のサブセットとして扱われ、検出器は必要な検出領域全体をカバーするように繰り返し配置される。 The source may be moved to each point along the optimal path and an exposure may be made and recorded on the detector at each point. This movement may be real, ie the source may be physically moved between points along the path. Alternatively or additionally, the movement may be virtual, ie a series of X-ray emitters may be activated within an emitter array and the path tracked. In some embodiments, a combination or real and virtual movement can be used, i.e., the emitter array can be physically moved and individual X-ray emitters can be actuated to track the path. . Multiple exposures may be required for a given location if the detector is small compared to X-ray cone projection, in which case the detector is , must be moved to some position. In such cases, the area and position of the detector is treated as a subset of the total required detection area, and the detectors are repeatedly placed to cover the total required detection area.
超高解像度トモグラムについては1つ又は複数の主要な方向における、所定のオフセット(例えば、他のオフセットが想定されるが、検出器ピクセルサイズの半分)をプラス又はマイナスの全ての確立された位置での繰り返しスキャンが実行されてもよい。最終的な再構成は、最終的な複合データセットに対して実行されてもよい。 A predetermined offset (e.g., half the detector pixel size, although other offsets are envisaged) in one or more principal directions for ultra-high resolution tomograms, plus or minus all established positions. A repeated scan may be performed. A final reconstruction may be performed on the final composite data set.
後続のステップを実行する前に対象を完全にスキャンする必要はなく、むしろ、識別するステップは、最初の取得の直後に実行されてもよいことが理解され得る。 It can be appreciated that it is not necessary to completely scan the object before performing subsequent steps; rather, the identifying step may be performed immediately after the initial acquisition.
本発明の第2の態様によれば、X線エミッタと、X線検出パネルと、先行する請求項のいずれかに記載の方法を実行するためのプロセッサと、を含む、トモグラムを生成するための装置が提供される。 According to a second aspect of the invention, the apparatus for generating a tomogram comprises an X-ray emitter, an X-ray detection panel and a processor for carrying out the method according to any of the preceding claims. Equipment is provided.
その装置は複数のX線エミッタから構成されるX線エミッタパネルを備えることができ、そのうちの記載されたX線エミッタは、そのような例の1つである。あるいは、記載されたX線エミッタが装置内で唯一のそのようなX線エミッタであってもよい。 The device may include an X-ray emitter panel consisting of a plurality of X-ray emitters, of which the described X-ray emitter is one such example. Alternatively, the described X-ray emitter may be the only such X-ray emitter in the device.
X線エミッタ(及び/又はX線エミッタパネル)は、可動であってもよい。特に、X線エミッタ(及び/又はX線エミッタパネル)は、移動、例えばプロセッサによる自動移動のためにアーマチャ(又は、電機子/電動子/armature)上に取り付けることができる。 The X-ray emitter (and/or the X-ray emitter panel) may be movable. In particular, the X-ray emitter (and/or the X-ray emitter panel) can be mounted on an armature for movement, eg automatic movement by a processor.
本発明の上記及び他の特徴、特徴及び利点は、本発明の原理を例として示す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。この説明は、本発明の範囲を限定することなく、単に例示のために与えられる。以下に引用する参考図は、添付図面を参照する。 These and other features, features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, which illustrate by way of example the principles of the invention. This description is given for illustrative purposes only, without limiting the scope of the invention. The reference figures cited below refer to the attached drawings.
図1は、重なり合う関心領域が示されたX線源のアレイを示す。 FIG. 1 shows an array of X-ray sources with overlapping regions of interest shown.
図2は図1と同じビューを示し、関心領域のうちの第1の領域についてマークされた後続の画像キャプチャ位置の表示を有する。 FIG. 2 shows the same view as FIG. 1, with an indication of subsequent image capture positions marked for a first of the regions of interest.
図3は図2と同じビューを示し、後続の画像キャプチャ位置の間にはほぼ最適な経路がマークされている。 FIG. 3 shows the same view as FIG. 2, with approximately optimal paths marked between subsequent image capture locations.
本発明は特定の図面に関して説明されるが、本発明はそれに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載された図面は、概略的なものにすぎず、非限定的なものである。各図面は、本発明の特徴のすべてを含むわけではなく、したがって、必ずしも本発明の実施形態であると見なされるべきではない。図面において、いくつかの要素のサイズは、説明の目的のために誇張され、縮尺通りに描かれていないことがある。寸法及び相対的寸法は、本発明の実施に対する実際の縮小に対応しない。 Although the invention will be described with respect to particular drawings, the invention is not limited thereto but only by the scope of the claims. The drawings described are only schematic and are non-limiting. Each drawing does not contain all features of the invention, and therefore should not necessarily be considered an embodiment of the invention. In the drawings, the size of some of the elements may be exaggerated and not drawn on scale for illustrative purposes. The dimensions and relative dimensions do not correspond to any practical reduction to the implementation of the invention.
さらに、説明及び特許請求の範囲における第1、第2、第3などの用語は同様の要素を区別するために使用され、必ずしも時間的に、空間的に、ランキングで、又は任意の他の方法でシーケンスを説明するために使用されるわけではない。そのように使用される用語は適切な状況下で交換可能であり、動作は、本明細書で説明又は図示されたものとは別の順序で可能であることを理解されたい。同様に、特定の順序で説明又は特許請求される方法ステップは、異なる順序で動作すると理解され得る。 Furthermore, the terms first, second, third, etc. in the description and claims are used to distinguish between similar elements, and not necessarily temporally, spatially, in a ranking, or in any other way. It is not used to describe a sequence. It is to be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances and that the operations may occur in other orders than those described or illustrated herein. Similarly, method steps described or claimed in a particular order may be understood to operate in a different order.
さらに、明細書及び特許請求の範囲における頂部、底部、上方、下方などの用語は、説明の目的のために使用され、必ずしも相対的な位置を説明するために使用されるわけではない。そのように使用される用語は適切な状況下で交換可能であり、動作は、本明細書で説明又は図示されたものとは別の向きで可能であることを理解されたい。 Furthermore, the terms top, bottom, above, below and the like in the specification and claims are used for purposes of description and not necessarily for describing relative positions. It is to be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances and operations may be otherwise capable of orientations than those described or illustrated herein.
特許請求の範囲で使用される「有する」という語は、その後に列挙される手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく、他の要素又はステップを排除するものではないことに留意されたい。したがって、言及されたような記載された特徴、整数、ステップ又は構成要素の存在を指定するものとして解釈されるべきであるが、1つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ又は構成要素、又はそれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。したがって、「手段A及びBを含む装置」という表現の範囲は、構成要素A及びBのみからなる装置に限定されるべきではなく、本発明に関して、装置の関連する構成要素はA及びBのみであることを意味する。 It is to be noticed that the word "comprising", used in the claims, should not be interpreted as being restricted to the means listed thereafter, but does not exclude other elements or steps. . Therefore, although the presence of the described feature, integer, step or component as mentioned should be interpreted as specifying the presence of one or more other features, integers, steps or components, or This does not preclude the existence or addition of such groups. Therefore, the scope of the expression "device comprising means A and B" should not be limited to a device consisting only of the components A and B; for the purposes of the present invention, the relevant components of the device are only A and B. It means something.
本明細書全体を通して、「実施形態」又は「態様」という言及は、実施形態又は態様に関連して記載された特定の特徴、構成、又は特徴が本発明の少なくとも1つの実施形態又は態様に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な場所における「一実施形態において」、「実施形態において」、又は「一態様において」という語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態又は態様を参照しているわけではなく、異なる実施形態又は態様を参照することができる。さらに、本発明の任意の1つの実施形態又は態様の特定の特徴、構造、又は特性は本開示から当業者には明らかなように、1つ又は複数の実施形態又は態様において、本発明の別の実施形態又は態様の任意の他の特定の特徴、構造、又は特性と任意の適切な方法で組み合わせることができる。 Throughout this specification, reference to an "embodiment" or "aspect" means that a particular feature, configuration, or characteristic described in connection with an embodiment or aspect is included in at least one embodiment or aspect of the invention. means to be Thus, the appearances of the phrases "in one embodiment," "in an embodiment," or "in an aspect" in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment or aspect. Instead, reference may be made to different embodiments or aspects. Moreover, the particular features, structures, or characteristics of any one embodiment or aspect of the present invention may be apparent to those skilled in the art from this disclosure. may be combined with any other specific features, structures, or characteristics of the embodiments or aspects in any suitable manner.
同様に、説明において、本発明の様々な特徴は開示を合理化し、様々な本発明の態様のうちの1つ又は複数の理解を助けるために、単一の実施形態、図又はそれらの説明において一緒にグループ化されることがあることを理解されたい。しかしながら、この開示方法は、請求項に記載された発明が各請求項に明示的に記載されたよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。さらに、任意の個々の図面又は態様の説明は、必ずしも本発明の実施形態であるとみなされるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の態様は、前述の単一の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない特徴にある。したがって、詳細な説明に続く特許請求の範囲はこの詳細な説明に明確に組み込まれ、各特許請求の範囲はそれ自体が本発明の別個の実施形態として存在する。 Similarly, in the description, various features of the invention may be presented in a single embodiment, figure, or description thereof to streamline the disclosure and aid in understanding one or more of the various aspects of the invention. It should be understood that they may be grouped together. This method of disclosure, however, is not to be interpreted as reflecting an intention that the claimed invention requires more features than are expressly recited in each claim. Moreover, any individual drawing or description of an aspect is not necessarily to be considered an embodiment of the invention. Rather, as the following claims reflect, aspects of the invention lie in less than all features of a single disclosed embodiment described above. Thus, the claims following the detailed description are hereby expressly incorporated into this detailed description, with each claim standing on its own as a separate embodiment of this invention.
さらに、本明細書に記載されるいくつかの実施形態は他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含むが、異なる実施形態の特徴の組み合わせは当業者によって理解されるように、本発明の範囲内であり、さらなる実施形態を形成することを意味する。例えば、以下の特許請求の範囲では、特許請求の範囲に記載された実施形態のいずれも、任意の組み合わせで使用することができる。 Furthermore, while some embodiments described herein include some features included in other embodiments, combinations of features of different embodiments are well understood by those skilled in the art. and are meant to form further embodiments within the scope. For example, in the following claims, any of the claimed embodiments may be used in any combination.
本明細書で提供される説明では、多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしに実施され得ることが理解される。他の例では、この説明の理解を不明瞭にしないために、周知の方法、構造及び技法は詳細に示されていない。 In the description provided herein, numerous specific details are set forth. However, it is understood that embodiments of the invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known methods, structures, and techniques have not been shown in detail in order not to obscure the understanding of this description.
本発明の議論では反対に述べられていない限り、パラメータの許容範囲の上限又は下限に対する代替値の開示は前記値のうちの1つが他の値よりも非常に好ましいという指示と相まって、前記代替値のうちのより好ましい値とあまり好ましくない値との間にある前記パラメータの各中間値自体が前記あまり好ましくない値よりも好ましく、また、前記あまり好ましくない値と前記中間値との間にある各値よりも好ましいという暗黙のステートメントとして解釈されるべきである。 Unless stated to the contrary in the discussion of the present invention, disclosure of alternative values for the upper or lower limits of a permissible range for a parameter, coupled with an indication that one of said values is highly preferred over the other, does not include said alternative value. Each intermediate value of the parameter between the more preferred value and the less preferred value is itself more preferable than the less preferred value, and each intermediate value between the less preferred value and the intermediate value should be interpreted as an implicit statement of preference over value.
用語「少なくとも1つ」の使用は、特定の状況において1つのみを意味し得る。用語「いずれか」の使用は、特定の状況において「全て」及び/又は「各々」を意味し得る。 Use of the term "at least one" may mean only one in certain circumstances. Use of the term "any" may mean "all" and/or "each" in certain circumstances.
ここで、本発明の原理を、例示的な特徴に関する少なくとも1つの図面の詳細な説明によって説明する。他の構成が基礎となる概念又は技術的教示から逸脱することなく、当業者の知識に従って構成され得ることは明らかであり、本発明は、添付の特許請求の範囲の用語によってのみ限定される。 The principles of the invention are now explained by a detailed description of at least one drawing that includes illustrative features. It is clear that other configurations may be constructed according to the knowledge of those skilled in the art without departing from the underlying concepts or technical teachings, and the invention is limited only by the terms of the appended claims.
図1は、X線源がグリッド線10の交点に位置する三角形/六角形アレイの一部を示す。破線の円20は、より高い解像度の画像が望ましい関心領域が識別された場所を示す。 FIG. 1 shows part of a triangular/hexagonal array in which the X-ray sources are located at the intersections of grid lines 10. FIG. Dashed circles 20 indicate where regions of interest have been identified where higher resolution images are desired.
図2は図1と同じ図(又は、ビュー/視界)を示しており、今回は分かりやすくするためにグリッド線10を破線で示している。破線の円20が残っており、関心領域がどこで識別されたかを示している。第1の関心領域30が実線で示されている。第1の関心領域30内及び第1の関心領域30に隣接して、それぞれの十字でマークされた後続の画像キャプチャ位置40が示されている。 FIG. 2 shows the same view (or view/field of view) as FIG. 1, this time with grid lines 10 shown in dashed lines for clarity. A dashed circle 20 remains to indicate where the region of interest has been identified. A first region of interest 30 is shown in solid lines. Shown within and adjacent to the first region of interest 30 are subsequent image capture locations 40 marked with respective crosses.
識別された画像キャプチャ位置40の各々は、関心領域の高解像度の再構成を確立するために選択されている。画像キャプチャ位置40は、それらの位置が再構成における各ボクセルの周りの画像のエントロピー、ボクセルの角度カバレージ、及びボクセルにおけるX線コーンの重なりの度合いに対応する項を含む重み付き式を最適化することに基づいて確立されているので、関心領域にわたって均一に分布していない。 Each of the identified image capture locations 40 is selected to establish a high resolution reconstruction of the region of interest. The image capture positions 40 optimize a weighted equation whose positions correspond to the entropy of the image around each voxel in the reconstruction, the angular coverage of the voxel, and the degree of overlap of the x-ray cones at the voxel. It is established on the basis that it is not uniformly distributed over the region of interest.
図3は図2と同じビューを示し、ほぼ最適な経路50が、後続の画像キャプチャ位置の間にマークされている。 FIG. 3 shows the same view as FIG. 2, with an approximately optimal path 50 marked between subsequent image capture locations.
この例ではほぼ最適な経路が第2の関心領域60に移動する前に、第1の関心領域内のすべての画像キャプチャ位置40を通過するが、好ましい実施形態ではほぼ最適な経路50がすべての関心領域20にわたるすべての画像キャプチャ位置を考慮して決定される。したがって、ほぼ最適な経路は関心領域間を移動することができ、以前の関心領域に戻って、さらなる画像キャプチャ位置を収集することができる。 Although in this example the near-optimal path passes through all image capture locations 40 within the first region of interest 60 before moving to the second region of interest 60, in the preferred embodiment the near-optimal path 50 passes through all image capture locations 40 in the first region of interest. It is determined by considering all image capture positions across the region of interest 20. Therefore, a near-optimal path can be traveled between regions of interest and back to previous regions of interest to collect additional image capture locations.
この例では、第1の関心領域30が第2の関心領域60に移動する前に、ほぼ最適な経路50がすべての画像キャプチャ位置40を通過するように、例示的な例としてのみ選択されている。しかしながら、これは、異なる関心領域20が例示的な例のために選択された場合には当てはまらないことを理解されたい。 In this example, a substantially optimal path 50 has been selected as an illustrative example only, such that the first region of interest 30 passes through all image capture locations 40 before moving to the second region of interest 60. There is. However, it should be understood that this is not the case if a different region of interest 20 is selected for the illustrative example.
Claims (7)
対象の複数の第1のX線減衰画像を取得するステップであって、前記複数の第1のX線減衰画像はX線放射線の減衰を示す第1の密度関数を再構成するのに適しており、前記第1の密度関数は、第1の解像度を有する、該ステップと、
前記複数の第1のX線減衰画像から、エントロピー及び/又は勾配がそれぞれ定義済みの閾値エントロピー及び/又は勾配を超える少なくとも1つの第1の領域を識別するステップと、
前記少なくとも1つの第1の領域の少なくとも1つの第2のX線減衰画像を取得するステップと、
前記複数の第1のX線減衰画像及び前記少なくとも1つの第2のX線減衰画像からX線放射線の減衰を示す第2の密度関数を再構成するステップであって、前記第2の密度関数は、前記第1の解像度よりも高い第2の解像度を有する、該ステップと、
を含む方法。 A method of generating a tomogram, the method comprising:
acquiring a plurality of first X-ray attenuation images of the object, the plurality of first X-ray attenuation images being suitable for reconstructing a first density function indicative of attenuation of X-ray radiation; and the first density function has a first resolution;
identifying from the plurality of first X-ray attenuation images at least one first region whose entropy and/or slope exceed a predefined threshold entropy and/or slope, respectively;
acquiring at least one second X-ray attenuation image of the at least one first region;
reconstructing a second density function indicative of X-ray radiation attenuation from the plurality of first X-ray attenuation images and the at least one second X-ray attenuation image, the second density function has a second resolution higher than the first resolution;
method including.
前記少なくとも1つの第2の領域の少なくとも1つの第3のX線減衰画像を取得するステップと、
前記複数のX線減衰画像、前記少なくとも1つの第2のX線減衰画像及び前記少なくとも1つの第3のX線減衰画像からX線放射線の減衰を示す第3の密度関数を再構成するステップであって、前記第3の密度関数は、前記第2の解像度よりも高い第3の解像度を有する、該ステップと、
を更に含む、請求項1に記載のトモグラムを生成する方法。 from the plurality of first X-ray attenuation images and the at least one second X-ray attenuation image, at least one second region whose entropy and/or slope exceed a predefined threshold entropy and/or slope, respectively; a step of identifying;
acquiring at least one third X-ray attenuation image of the at least one second region;
reconstructing a third density function indicative of attenuation of X-ray radiation from the plurality of X-ray attenuation images, the at least one second X-ray attenuation image and the at least one third X-ray attenuation image; the third density function has a third resolution higher than the second resolution;
The method of generating a tomogram according to claim 1, further comprising:
X線放射線の減衰を示す第1の密度関数を再構成するステップと、
前記第1の密度関数内の複数の点の各点について、その点を取り囲む領域内のエントロピー及び/又は勾配を決定するステップと、
を含む、請求項1又は2に記載のトモグラムを生成する方法。 identifying from the plurality of first X-ray attenuation images at least one first region whose entropy and/or slope exceed a predefined threshold entropy and/or slope, respectively;
reconstructing a first density function indicative of the attenuation of the X-ray radiation;
for each point of the plurality of points in the first density function, determining the entropy and/or gradient in the region surrounding the point;
The method for generating a tomogram according to claim 1 or 2, comprising:
X線源の各潜在的位置について、
前記少なくとも1つの第1の領域を介して検出器平面からそれぞれの潜在的位置に後方投影するステップと、
前記少なくとも1つの第1の領域内の各ボクセルについて、その潜在的位置から前記少なくとも1つの第2のX線減衰画像を取得するかどうかを確立するステップと、
を含み、
前記少なくとも1つの第1の領域の前記少なくとも1つの第2のX線減衰画像を取得するステップが、それらの確立された潜在的位置に対応する減衰画像を取得するステップを含む、請求項1~3のいずれかに記載のトモグラムを生成する方法。 identifying from the plurality of first X-ray attenuation images at least one first region whose entropy and/or slope exceed a predefined threshold entropy and/or slope, respectively;
For each potential position of the x-ray source,
backprojecting from the detector plane through the at least one first region to each potential location;
establishing for each voxel in the at least one first region whether to obtain the at least one second X-ray attenuation image from its potential location;
including;
Claims 1-1, wherein the step of obtaining the at least one second X-ray attenuation image of the at least one first region comprises obtaining attenuation images corresponding to their established potential locations. 3. The method for generating a tomogram according to any one of 3.
前記ボクセルの角度カバレージを最大にする幾何学的ファクタと、
前記ボクセルが少なくとも1回画像化されることを確実にするオーバーラップファクタと、
前記少なくとも1つの第1の領域内のエントロピーを最小にするエントロピーファクタと、
を含む重み付き制約を含む関数を最適化するステップと、
前記関数の値に基づいて潜在的位置を選択するステップと、
を含む、請求項4に記載のトモグラムを生成する方法。 The step of establishing includes:
a geometric factor that maximizes angular coverage of the voxel;
an overlap factor ensuring that the voxel is imaged at least once;
an entropy factor that minimizes entropy within the at least one first region;
optimizing a function including weighted constraints including;
selecting potential locations based on the value of the function;
The method of generating a tomogram according to claim 4, comprising:
X線検出パネルと、
請求項1~6のいずれかに記載の方法を実行するためのプロセッサと、
を含む、トモグラムを生成するための装置。
an X-ray emitter;
an X-ray detection panel;
A processor for carrying out the method according to any one of claims 1 to 6;
An apparatus for generating tomograms, including:
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