円軌道コーンビームコンピュータ断層撮影(CT)においてアーチファクトを大幅に軽減するための方法およびシステム
【課題】円軌道コーンビームコンピュータ断層撮影(CT)においてアーチファクトを大幅に軽減すること。
【解決手段】円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法は、a)所定の円形線源軌道における実測の投影データから参照画像を再構成するステップと、b)前記円形線源軌道に対応する理論的な完全円形軌道に従って前記参照画像を順投影することにより投影データを生成するステップと、c)前記生成された投影データから補正画像を再構成するステップと、d)前記参照画像と前記補正画像とを用いて最終画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減するステップとを備える。
【解決手段】円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法は、a)所定の円形線源軌道における実測の投影データから参照画像を再構成するステップと、b)前記円形線源軌道に対応する理論的な完全円形軌道に従って前記参照画像を順投影することにより投影データを生成するステップと、c)前記生成された投影データから補正画像を再構成するステップと、d)前記参照画像と前記補正画像とを用いて最終画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減するステップとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に画像処理およびシステムに関し、より詳細には、円軌道コーンビームコンピュータ断層撮影(CT)におけるアーチファクトの大幅な軽減に関する。
【背景技術】
【0002】
コーンビームアーチファクトは、円軌道コンピュータ断層撮影ではよく知られている問題である。東芝のAquilionONEなどのほとんどの高度なCTシステムにおけるX線源のコーン角は非常に大きく、ラドン領域のデータが欠損しているために、CFK画像でコーンビームアーチファクトが生じる。
【0003】
従来技術による1つの手法では、円軌道コーンビームCTにおけるアーチファクトは、円形軌道と線軌道の組み合わせなどの理論的に完全な軌道に基づく正確な再構成を適用することによって大幅に除去される。追加の線スキャンによって、正確な再構成のための円軌道を有する理論的に完全な軌道が得られるが、追加のスキャンは、収集が使用不可能かまたは非実用的のいずれかであることが多い。そのうえ、円形データと線データは同時に得られないので、2回のスキャンの間でモーションまたは造影剤の増強効果(agent enhancement)が変化すると、2つのデータセット間でデータの不一致が発生し、画像の精度が影響を受ける。最後に、追加スキャンにより、患者が曝露される放射線量が増加する。
【0004】
上記の理由から、円形データのみからの画像ボリュームの正確な再構成が特に注目されている。従来技術による別の手法では、線データを推定するためにスキャノグラムが用いられる。この手法では患者の放射線量は増加しないが、推定された線データがアーチファクトの大半を軽減するのに役立つ場合でも、コーンビームアーチファクトが依然として認められる。同時にまた、モーションまたは造影剤の増強効果が変化すると、結果として得られる画像がいくらか不正確になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
目的は、円軌道コーンビームコンピュータ断層撮影(CT)においてアーチファクトを大幅に軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本実施形態による円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法は、
a)所定の円形線源軌道における実測の投影データから参照画像を再構成するステップと、
b)前記円形線源軌道に対応する理論的な完全円形軌道に従って前記参照画像を順投影することにより投影データを生成するステップと、
c)前記生成された投影データから補正画像を再構成するステップと、
d)前記参照画像と前記補正画像とを用いて最終画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減するステップとを備える。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本実施形態により円軌道上で収集されたデータから再構成された画像においてコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するためのマルチスライスX線CT装置またはスキャナの一実施形態を示す図。
【図2】本実施形態によってコーンビーム(CB)アーチファクトが大幅に軽減される理由の一側面を示す図。
【図3】本実施形態によりコーンビーム(CB)アーチファクトを大幅に軽減する例示的な処理に関与する全般的なステップを示す流れ図。
【図4】本実施形態によってコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するための特定の概念的解決策を示す図の集まり。
【図5】本実施形態におけるコーンビームアーチファクト軽減処理に関与するステップを示すフロー図。
【図6A】本実施形態における大幅なコーンビームアーチファクト軽減の効果を評価するために用いられるディスクファントムの側面図を示す図。
【図6B】本実施形態における大幅なコーンビームアーチファクト軽減の効果を評価するために用いられるディスクファントムの上面図を示す図。
【図7A】コーンビームアーチファクト補正を行わずにディスクファントムから再構成された従来のFDK画像。
【図7B】コーンビームアーチファクト補正を行わずに500回反復した後のディスクファントムから再構成されたSART画像。
【図7C】本実施形態によりコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するための1つの例示的処理によりディスクファントムから再構成された補正された画像。
【図8A】リビニング(rebinning)を行わずにCFKを用いた再構成画像。
【図8B】リビニングは行わないがOSRフィルタ処理を行ったCFKを用いた再構成画像。
【図8C】比較のためにHFKを用いた再構成画像。
【図8D】リビニングを行ったCFKを用いた再構成画像。
【図8E】本実施形態のコーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理によりリビニングと1回順投影された線データ補正とを行ったCFKを用いた再構成画像。
【図8F】本実施形態のコーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理によりリビニングと3回反復順投影された線データ補正とを行ったCFKを用いた再構成画像。
【発明を実施するための形態】
【0008】
ここで図面を参照すると、同じ参照番号はすべての図面を通して対応する構造を示すが、特に図1を参照すると、図は、ガントリ100と他のデバイスまたはユニットとを含む、本実施形態によるマルチスライスX線CT装置またはスキャナの一実施形態を示す。ガントリ100は、側面図にて示されており、X線管101と、環状フレーム102と、多列または2次元配列型のX線検出器103とをさらに含む。X線管101およびX線検出器103は、環状フレーム102上の被検体(subject)Sを横切る対角線上に取り付けられ、環状フレーム102は、回転軸RAのまわりに回転可能に支持される。回転ユニット107は、フレーム102を0.4秒/回転などの高速で回転させ、被検体Sは、軸RAに沿って、図示の紙面に対する奥行き方向または手前方向に移動される。
【0009】
マルチスライスX線CT装置は、X線管101がX線を生成するようにスリップリング108を介してX線管101に印加されるべき管電圧を生成する高電圧発生装置109をさらに含む。X線は被検体Sに向かって照射され、被検体Sの断面領域は円によって表されている。X線検出器103は、被検体Sを透過した照射X線を検出するために、被検体Sを挟んでX線管101の反対側にある。
【0010】
さらに図1を参照すると、X線CT装置またはスキャナは、X線検出器103からの検出された信号を処理するための他のデバイスをさらに含む。データ収集回路またはデータ収集システム(DAS)104は、各チャンネルに対してX線検出器103から出力された信号を電圧信号に変換し、それを増幅して、さらにデジタル信号に変換する。X線検出器103およびDAS104は、1回転あたりの所定の全投影数(TPPR:total number of projections per rotation)を、最大で900TPPR、900TPPRから1800TPPRの間、および900TPPRから3600TPPRの間にできるよう処理するように構成される。
【0011】
上述のデータは、非接触データ伝送装置105を通して、ガントリ100の外部のコンソールに収容された前処理デバイス106に送られる。前処理デバイス106は、生データに対して感度補正などの特定の補正を実行する。次に、その結果として生成されるデータ(投影データとも呼ばれるデータ)を、記憶デバイス112が再構成処理の直前の段階で記憶する。記憶デバイス112は、データ/制御バスを介して、再構成デバイス114、入力デバイス115、表示デバイス116、マルチスケール処理デバイス117、およびスキャンプラン支援装置200と共に、システムコントローラ110に接続される。スキャンプラン支援装置200は、撮像技師がスキャンプランを策定するのを支援するための機能を含む。
【0012】
再構成デバイス114の一実施形態は、種々のソフトウェア構成要素とハードウェア構成要素とをさらに含み、投影データに対する所定の解析再構成処理を実行する。本実施形態によれば、CT装置の再構成デバイス114は、有利には、所定のフィルタ補正逆投影(FBP)法を用いて画像ボリュームを再構成する。
【0013】
他の実施形態によれば、CT装置の再構成デバイス114は、有利には、逐次再構成法を用いて全変動(TV)を最小化する。一般に、本実施形態の再構成デバイス114は、全変動逐次再構成(TVIR)アルゴリズムを実施する。TVIRは、投影データに対して、オーダードサブセット同時代数的再構成法(OS−SART)ステップなどの同時的代数的再構成法と、TV最小化ステップなどの調整とを実行する。一実施形態では、この2つのステップは、反復回数があらかじめ設定されているメインループにおいて連続して実施される。
【0014】
TV最小化ステップの前に、投影データは、オーダードサブセット同時代数的再構成法(OS−SART)に供される。投影データは、それぞれ特定数のビューを有する所定数のサブセットNにグループ化される。一実施形態では、オーダードサブセット同時代数的再構成法(OS−SART)の実施中に、各サブセットが連続して処理されてもよい。別の実施形態では、複数のサブセットは、複数の中央処理装置(CPU)または1つのグラフィック処理装置(GPU)などの特定のマイクロプロセッサを利用して並列に処理されてもよい。全変動(TV)最小化ステップにおいて、再構成デバイス114の一実施形態では、現在の画像ボリュームの目的関数が前の画像ボリュームの目的関数より小さくなるように正のステップ幅(step size)を探索するために直線探索方式(line search strategy)を用いる。
【0015】
再構成デバイス114はまた、オーダードサブセット同時代数的再構成法(OS−SART)の実施中に、2つの主要な演算を実行する。すなわち、再構成デバイス114は、各サブセットNに対して、計算上の投影データを生成するために画像ボリュームを再投影し、更新画像ボリュームを再構成するために、計測された投影データと計算上の投影データとの正規化された差分を逆投影する。さらに詳細には、再構成デバイス114の一実施形態では、システムマトリックスの係数がキャッシュされないレイトレーシング法を用いることによって、画像ボリュームを再投影する。さらに、再構成デバイス114の一実施形態では、サブセット内のすべてのレイを同時に再投影する。この処理は任意選択で並列に実施される。逆投影において、再構成デバイス114の一実施形態では、所望の更新画像ボリュームを生成する目的でサブセット内のすべての正規化された差分投影データを逆投影するためにピクセルドリブン(pixel-driven)法を用いる。再構成デバイス114が、画像ボリュームを生成するためにサブセット内のすべてのレイサム(すなわち差分投影データ)を逆投影するので、この演算も任意選択で並列に実施される。これらの演算は、単一のOS−SARTステップを完了するために、すべてのサブセットNに適用される。さらに、AWADは任意選択で組み合わされる。
【0016】
本実施形態は、上述の構成要素に加えて、コーンビームアーチファクト軽減を実行するための種々の他のソフトウェアモジュールとハードウェア構成要素とをさらに含む。本実施形態によれば、CT装置のコーンビーム(CB)アーチファクト軽減デバイス117は、有利には、特定の状況下でコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するためのコーンビームアーチファクト軽減機能を実行する。一般に、CBアーチファクトは、画質を劣化させる、シェーディング(shading)コーンビームと高コントラストコーンビームとを含む2つの成分を有する。1つの例示的な処理では、画質を向上させるため、シェーディングはリビニングをフィルタ処理することによって補正され、高コントラストは線画像によって補正される。上述のアーチファクトについては、本願の他の図を参照してさらに説明する。
【0017】
他の実施形態では、CT装置のコーンビーム(CB)アーチファクト軽減デバイス117は、有利には、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減するために正確な再構成の要素と、SARTなどの逐次反復再構成の要素とを結合する。より詳細に説明するように、再構成デバイス114は、円形線源軌道上のコーンビーム線源を用いて収集された計測投影データから円形画像を再構成する。その後、CBアーチファクト軽減デバイス117が、この円形画像からの線データを順投影し、次に、再構成デバイス114が、この順投影された線データに基づいて線画像を再構成する。上記のステップに基づいて、CBアーチファクト軽減デバイス117が円形画像と線画像とを合成する。この合成画像は、CBアーチファクトは、従来の方法による再構成画像に存在するはずのCBアーチファクトに対し、大幅に軽減されたCBアーチファクトを含む。最後に、CBアーチファクト軽減デバイス117が、補正された画像を出力する。
【0018】
本実施形態では、コーンビームアーチファクト軽減デバイス117は、他のソフトウェアモジュールおよび/または記憶デバイス112、再構成デバイス114、表示デバイス116、および入力デバイス115などのシステム構成要素にデータ/制御バスを介して動作的に接続される。この点に関して、他の実施形態では、コーンビームアーチファクト軽減デバイス117単独では、必ずしもコーンビームアーチファクト機能および/またはそれに関連するタスクを実行しない。そのうえ、他の実施形態では、コーンビームアーチファクト軽減デバイス117は、任意選択で再構成デバイス114などの他のデバイスの一部である。
【0019】
図2は、本実施形態によってコーンビーム(CB)アーチファクトを大幅に軽減する理由の1つの側面を示す図である。この図は、一連の細い対象0が、所定の円軌道CT上にある線源に対して相対的な位置にある例示的な状況を示す。線源位置S1にあるコーンビームは、所定のコーンビーム角で対象0に向かって照射する。この例示的な状況は、画像は診断のために良好な分解能を有するズームされたまたは所望の撮像視野(FOV)内で再構成されることが多いことも示す。順投影には、X線ビームを減衰させる対象全体に関する情報が必要なので、図2に示すように2つのボリューム画像CFK_AおよびCFK_Bが生成される。網掛け領域は、不十分に収集された実測された投影データに対応する。画像CFK_Aは、最終結果に用いられるべき所望のFOVを有し、画像CFK_Bは、欠損している線データを生成するために全(full)FOVを有する。必要な範囲2Hは、この線データを生成するための線データ方向LTDに沿って示されている。
【0020】
次に図3を参照すると、流れ図は、本実施形態によりコーンビーム(CB)アーチファクトを大幅に軽減する例示的な処理に関与する全般的なステップを示す。実際、この流れ図は、本実施形態によりコーンビーム(CB)アーチファクトを大幅に軽減する例示的な処理の概念的なスキームであり、本発明は、必ずしも以下の説明に限定されない。ステップS100では、実測された投影データが収集される。一般に、収集された実測された投影データは、コーンビーム円形スキャンジオメトリが原因で不十分であるので、従来の方法で再構成された場合、コーンビームアーチファクトを発生しやすい。ステップS110では、円形画像が、円形線源軌道上のコーンビーム線源を用いて収集された実測された投影データから再構成される。再構成された円形画像は、任意選択で、後で取り出すために所定の記憶域に記憶される。ステップS120では、ステップS110で再構成された円形画像から、線データが順投影または再投影される。ステップS120での線データ生成の詳細については、後で他の流れ図を参照して説明する。ステップS130では、線画像が、ステップS120で生成された順投影された線データに基づいて再構成される。上記のステップS110、S120、およびS130に基づいて、ステップS140で、円形画像と線画像がここで合成される。この合成画像は、従来の方法による再構成画像に存在するはずのCBアーチファクトに対し、大幅に軽減されたCBアーチファクトを含む。最後に、ステップS150で、補正された画像が表示または解析のために出力される。CBアーチファクトを大幅に軽減する別の実施形態では、上述のステップのうちいくつかは、線データの精度を向上させ、さらに出力画像のアーチファクト軽減を向上させるために、SARTなどの既知の逐次的技法を用いて反復的に繰り返される。
【0021】
図4は、本実施形態によってコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するための特定の概念的解決策を示す図の集まりである。図2に関して既に説明したように、例示的な状況では、診断のために良好な分解能を有するズームされたまたは所望の撮像視野(FOV)が必要である。順投影には、X線ビームを減衰させる対象全体に関する情報が必要なので、図4Aおよび図4Bに示すような2つの画像CFK_AおよびCFK_Bは、図4Cに示すように円軌道CT上のコーンビーム線源CBSを用いて収集された対応する円形データから円形フェルドカンプ(CFK:circular Feld-Kamp)法を用いて再構成される。図4Cは、画像ボリュームCFK_Aのための円形データが画像CFK_Bのための円形データのズームされた一部分であることも示す。つまり、画像CFK_Aは、画像CFK_Bの全FOVまたは大きなFOVの中に所望のFOVを有し、この全FOVはZ軸方向に沿って延びる。
【0022】
本実施形態によれば、図4Dに示すような線データは、フィルタ補正逆投影の行われたボリューム画像CFK_Bの順投影から生成される。この点に関して、本願では、再投影は、上述の線データ生成において順投影と同義的に用いられる。上述のように、画像CFK_Bは、全FOVを有する。大きなコーン角を有するX線は、再構成画像を越えてZ方向の空間を透過できるので、画像CFK_Bは、任意選択で、スキャンステムのコーン角によって決まるあるZ範囲を越えて延びる。他の実施形態では、画像CFK_Bにおけるコーンビームアーチファクトを軽減するため、線軌道LTに沿った順投影の前に、所定の適応ローパス3Dフィルタが画像CFK_Bに適用される。あるいは、別の実施形態では、線軌道LTに沿った順投影の前に、所定の因数分解手法が画像CFK_Bに適用される。
【0023】
本実施形態によるコーンビームアーチファクト軽減処理の一実施形態では、線データが、画像CFK_Bの再投影によって線軌道から得られた後、図4Eに示すような所望のFOVを有する線画像が、図4Dに示すような線データから再構成される。最後に、図4Eに示すような所望のFOVを有する線画像が、+記号によって表されるように図4Aに示すような画像ボリュームCFK_Aと合成され、図4Fに示すような補正された画像を生成する。この合成画像は、大幅に軽減されたコーンビームアーチファクトを有する。一実施形態では、画像ボリュームCFK_Bは、任意選択で、全FOVを有する線データから再構成された画像を追加することによって更新される。そのうえ、この線データは、アーチファクトを有するボリューム画像から順投影されるので、近似されたデータである。このため、別の実施形態では、線データを改良し、かつコーンビームアーチファクトの軽減を向上させるために、反復手法が用いられる。
【0024】
図5は、本実施形態におけるコーンビームアーチファクト軽減処理に関与するステップを示すフロー図である。コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する例示的な処理では、実測された投影データは、特定のコーンビーム角を用いて所定の円形データ収集技法によって収集されたと仮定される。一般に、実施形態におけるコーンビームアーチファクト軽減処理では、所望の小さな撮像視野と、対応する円軌道コーンビームデータからの全撮像視野とをそれぞれ有する2つの参照画像CFK_AとCFK_Bとを生成する。実施形態におけるコーンビームアーチファクト軽減処理では、所定の線源軌道に沿って全撮像視野を有する参照画像CFK_Bを順投影することによって投影データを生成し、次に、この投影データから補正画像を再構成する。この補正は、線軌道などの所定の線源軌道が参照画像CFK_Bの円形線源軌道を補うので達成される。そのうえ、実施形態におけるコーンビームアーチファクト軽減処理では、ステップS360の後の補正された画像が本実施形態により大幅に軽減されたコーンビームアーチファクトを有するように、線画像に関してステップS230からS290などの特定のステップを反復的に繰り返す。代替実施形態では、コーンビームアーチファクト軽減処理において、反復の代わりに所定の方法で線画像の操作を実行する。
【0025】
さらに図5を参照して、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理について詳細にさらに説明する。一般に、参照画像は、Cseg+z/cos(gamma)によって与えられる所定のフィルタ処理方向に沿ってフィルタ処理することによりフィルタ補正逆投影アルゴリズムに基づいて得られ、ここで、gammaはコーン角であり、zはCsegからの垂直方向の距離であり、Csegは、検出器列数−1を2で除算することによって規定される。ステップS210では、実測された投影データは、所定のHconvステップに供され、このステップでは、2つの参照画像を再構成するためにコンボリューションデータを出力する。一実施形態では、Hconvステップでは、Rampカーネル+Hilbertカーネルのハイブリッドカーネルを利用する。別の実施形態では、2つの参照画像を生成するために、円形フェルドカンプ(CFK)法が用いられる。さらに、頭部イメージングのための脳のシェーディングなどにおいて画質をある程度向上させるために、任意選択でリビニングステップがHconvステップに追加される。代替実施形態では、コンボリューションデータのリビニングステップおよび逆リビニング(inverse rebinning)はそれぞれ、画質をある程度向上させるためにHconvステップの前と後に任意選択で実行される。ステップS300では、第1の参照画像CFK_Aは、円形フェルドカンプ(CFK)法を用いて円軌道コーンビームデータから再構成され、第1の参照ボリューム画像CFK_Aは第1の撮像視野(FFOV)を有する。FFOVは、一般に、所望の逆投影視野(back projection field of view)である。同様に、ステップS220では、第2の参照画像CFK_Bが円軌道コーンビームデータから再構成され、第2の参照ボリューム画像CFK_Bは第2の撮像視野(SFOV)を有し、SFOVはFFOVより大きく、任意選択でCT画像システムのガントリを対象とする。次に、両方の参照画像CFK_AおよびCFK_Bは、任意選択で、後で取り出すためにそれぞれのステップS300およびS220において記憶される。そのうえ、ステップS220ではまた、反復に関与するステップのその後のインスタンスのために反復カウンタIterを初期化する。
【0026】
さらに図5を参照して、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理の反復ステップについて詳細にさらに説明する。ステップS230では、所定数の反復を追跡するために、反復カウンタIterが1だけ増分される。ステップS240では、OSRフィルタなどの所定のフィルタが、第2の参照ボリューム画像CFK_Bに適用され、画像CFK_Cを生成するが、この画像CFK_Cは、LLFDK補正されたCFK画像である。その後、次にステップS250において、画像CFK_Cが、順投影のために拡張スライスCFK_Dにボリューム拡張される(volume expanded)。ステップS260では、スライスCFK_Dが線データに順投影され、ステップS310およびステップS270において、同じ線データがそれぞれ線画像Aおよび線画像Bに再構成される。その後、線画像Bが、ステップS270において反復ごとに線画像スケーリングファクタによりスケーリングされ、ステップS280において第2の参照画像CFK_Bと合成されて、ステップS290でLC画像Bを生成してから、ステップS230においてLC画像Bを用いて次の反復を開始し、このステップで反復カウンタIterが増分される。
【0027】
同様に、線画像Aも、S310において線画像スケーリングファクタによりスケーリングされ、ステップS320において第1の参照画像CFK_Aと合成されて、ステップS330においてLC画像Aを生成する。ステップS340において、反復カウンタIterの値が所定の反復回数Niterより大きいかどうかが判断される。ステップS340でIterカウンタの値が最大反復値Niterより大きくないと判断された場合、所定の反復回数はまだ完了しておらず、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理は、さらなる反復のためにステップS260に進む。一方、ステップS340でIterカウンタ値が最大反復値Niterより大きいと判断された場合、所定の反復回数は完了しており、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理は、任意選択で、ステップS350でLLFDK補正を適用してから、ステップS360で補正された最終画像を生成する。本実施形態によれば、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理は、上記の説明に限定されず、他の実施ステップを含む。
【0028】
図6Aおよび図6Bはそれぞれ、本実施形態における大幅なコーンビームアーチファクト軽減の効果を評価するために用いられるディスクファントムの側面図と上面図を示す。このファントムは、Z方向に沿ってディスク状の割れ目を有する。
【0029】
図7A、図7B、および図7Cは、本実施形態よる一比較例における大幅なコーンビームアーチファクト軽減の効果を示す。図7Aは、コーンビームアーチファクト補正を行わずにディスクファントムから再構成された従来のFDK画像を示す。著しいコーンビームアーチファクトが認められる。図7Bは、コーンビームアーチファクト補正を行わない500回反復後のディスクファントムから再構成されたSART画像を示す。図7Cは、本実施形態によりコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するための1つの例示的処理を行ったディスクファントムから再構成された補正された画像を示す。著しいコーンビームアーチファクトは大幅に軽減されている。
【0030】
図8Aから図8Fは、本実施形態による別の比較例における大幅なコーンビームアーチファクト軽減の効果を示す。図8Aから図8Fにおける例示的な画像は、臨床で得られた頭部データの厚いMPRスライスからCFK再構成法またはHFK再構成法を用いて生成されたものである。そのうえ、図8Aから図8Fにおける例示的な画像は、線補正、データのリビニング、およびOSR補正の組み合わせを用いて生成されている。さらに、図8Aは、リビニングを行わずにCFKを用いた再構成画像を示す。図8Bは、リビニングは行わないがOSRフィルタ処理を行ったCFKを用いた再構成画像を示す。図8Cは、比較のためにHFKを用いた再構成画像を示す。図8Dは、リビニングを行ったCFKを用いた再構成画像を示す。図8Eは、本実施形態のコーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理によりリビニングと1回順投影された線データ補正とを行ったCFKを用いた再構成画像を示す。図8Fは、本実施形態のコーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理によりリビニングと3回反復順投影された線データ補正とを行ったCFKを用いた再構成画像を示す。
【0031】
しかし、本実施形態の多数の特徴および利点が構造および機能の詳細と共に前述の説明に記載されているが、本開示は例示に過ぎないこと、さらに、詳細、特に部品の形状、大きさ、および構成、ならびにソフトウェア、ハードウェア、またはその両方の組み合わせにおける実装形態に関して、変更を加えることができるが、この変更は、添付の特許請求の範囲が表現される用語の広い一般的な意味によって最大限示される本発明の原理内に含まれることを理解されたい。
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に画像処理およびシステムに関し、より詳細には、円軌道コーンビームコンピュータ断層撮影(CT)におけるアーチファクトの大幅な軽減に関する。
【背景技術】
【0002】
コーンビームアーチファクトは、円軌道コンピュータ断層撮影ではよく知られている問題である。東芝のAquilionONEなどのほとんどの高度なCTシステムにおけるX線源のコーン角は非常に大きく、ラドン領域のデータが欠損しているために、CFK画像でコーンビームアーチファクトが生じる。
【0003】
従来技術による1つの手法では、円軌道コーンビームCTにおけるアーチファクトは、円形軌道と線軌道の組み合わせなどの理論的に完全な軌道に基づく正確な再構成を適用することによって大幅に除去される。追加の線スキャンによって、正確な再構成のための円軌道を有する理論的に完全な軌道が得られるが、追加のスキャンは、収集が使用不可能かまたは非実用的のいずれかであることが多い。そのうえ、円形データと線データは同時に得られないので、2回のスキャンの間でモーションまたは造影剤の増強効果(agent enhancement)が変化すると、2つのデータセット間でデータの不一致が発生し、画像の精度が影響を受ける。最後に、追加スキャンにより、患者が曝露される放射線量が増加する。
【0004】
上記の理由から、円形データのみからの画像ボリュームの正確な再構成が特に注目されている。従来技術による別の手法では、線データを推定するためにスキャノグラムが用いられる。この手法では患者の放射線量は増加しないが、推定された線データがアーチファクトの大半を軽減するのに役立つ場合でも、コーンビームアーチファクトが依然として認められる。同時にまた、モーションまたは造影剤の増強効果が変化すると、結果として得られる画像がいくらか不正確になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
目的は、円軌道コーンビームコンピュータ断層撮影(CT)においてアーチファクトを大幅に軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本実施形態による円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法は、
a)所定の円形線源軌道における実測の投影データから参照画像を再構成するステップと、
b)前記円形線源軌道に対応する理論的な完全円形軌道に従って前記参照画像を順投影することにより投影データを生成するステップと、
c)前記生成された投影データから補正画像を再構成するステップと、
d)前記参照画像と前記補正画像とを用いて最終画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減するステップとを備える。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本実施形態により円軌道上で収集されたデータから再構成された画像においてコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するためのマルチスライスX線CT装置またはスキャナの一実施形態を示す図。
【図2】本実施形態によってコーンビーム(CB)アーチファクトが大幅に軽減される理由の一側面を示す図。
【図3】本実施形態によりコーンビーム(CB)アーチファクトを大幅に軽減する例示的な処理に関与する全般的なステップを示す流れ図。
【図4】本実施形態によってコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するための特定の概念的解決策を示す図の集まり。
【図5】本実施形態におけるコーンビームアーチファクト軽減処理に関与するステップを示すフロー図。
【図6A】本実施形態における大幅なコーンビームアーチファクト軽減の効果を評価するために用いられるディスクファントムの側面図を示す図。
【図6B】本実施形態における大幅なコーンビームアーチファクト軽減の効果を評価するために用いられるディスクファントムの上面図を示す図。
【図7A】コーンビームアーチファクト補正を行わずにディスクファントムから再構成された従来のFDK画像。
【図7B】コーンビームアーチファクト補正を行わずに500回反復した後のディスクファントムから再構成されたSART画像。
【図7C】本実施形態によりコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するための1つの例示的処理によりディスクファントムから再構成された補正された画像。
【図8A】リビニング(rebinning)を行わずにCFKを用いた再構成画像。
【図8B】リビニングは行わないがOSRフィルタ処理を行ったCFKを用いた再構成画像。
【図8C】比較のためにHFKを用いた再構成画像。
【図8D】リビニングを行ったCFKを用いた再構成画像。
【図8E】本実施形態のコーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理によりリビニングと1回順投影された線データ補正とを行ったCFKを用いた再構成画像。
【図8F】本実施形態のコーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理によりリビニングと3回反復順投影された線データ補正とを行ったCFKを用いた再構成画像。
【発明を実施するための形態】
【0008】
ここで図面を参照すると、同じ参照番号はすべての図面を通して対応する構造を示すが、特に図1を参照すると、図は、ガントリ100と他のデバイスまたはユニットとを含む、本実施形態によるマルチスライスX線CT装置またはスキャナの一実施形態を示す。ガントリ100は、側面図にて示されており、X線管101と、環状フレーム102と、多列または2次元配列型のX線検出器103とをさらに含む。X線管101およびX線検出器103は、環状フレーム102上の被検体(subject)Sを横切る対角線上に取り付けられ、環状フレーム102は、回転軸RAのまわりに回転可能に支持される。回転ユニット107は、フレーム102を0.4秒/回転などの高速で回転させ、被検体Sは、軸RAに沿って、図示の紙面に対する奥行き方向または手前方向に移動される。
【0009】
マルチスライスX線CT装置は、X線管101がX線を生成するようにスリップリング108を介してX線管101に印加されるべき管電圧を生成する高電圧発生装置109をさらに含む。X線は被検体Sに向かって照射され、被検体Sの断面領域は円によって表されている。X線検出器103は、被検体Sを透過した照射X線を検出するために、被検体Sを挟んでX線管101の反対側にある。
【0010】
さらに図1を参照すると、X線CT装置またはスキャナは、X線検出器103からの検出された信号を処理するための他のデバイスをさらに含む。データ収集回路またはデータ収集システム(DAS)104は、各チャンネルに対してX線検出器103から出力された信号を電圧信号に変換し、それを増幅して、さらにデジタル信号に変換する。X線検出器103およびDAS104は、1回転あたりの所定の全投影数(TPPR:total number of projections per rotation)を、最大で900TPPR、900TPPRから1800TPPRの間、および900TPPRから3600TPPRの間にできるよう処理するように構成される。
【0011】
上述のデータは、非接触データ伝送装置105を通して、ガントリ100の外部のコンソールに収容された前処理デバイス106に送られる。前処理デバイス106は、生データに対して感度補正などの特定の補正を実行する。次に、その結果として生成されるデータ(投影データとも呼ばれるデータ)を、記憶デバイス112が再構成処理の直前の段階で記憶する。記憶デバイス112は、データ/制御バスを介して、再構成デバイス114、入力デバイス115、表示デバイス116、マルチスケール処理デバイス117、およびスキャンプラン支援装置200と共に、システムコントローラ110に接続される。スキャンプラン支援装置200は、撮像技師がスキャンプランを策定するのを支援するための機能を含む。
【0012】
再構成デバイス114の一実施形態は、種々のソフトウェア構成要素とハードウェア構成要素とをさらに含み、投影データに対する所定の解析再構成処理を実行する。本実施形態によれば、CT装置の再構成デバイス114は、有利には、所定のフィルタ補正逆投影(FBP)法を用いて画像ボリュームを再構成する。
【0013】
他の実施形態によれば、CT装置の再構成デバイス114は、有利には、逐次再構成法を用いて全変動(TV)を最小化する。一般に、本実施形態の再構成デバイス114は、全変動逐次再構成(TVIR)アルゴリズムを実施する。TVIRは、投影データに対して、オーダードサブセット同時代数的再構成法(OS−SART)ステップなどの同時的代数的再構成法と、TV最小化ステップなどの調整とを実行する。一実施形態では、この2つのステップは、反復回数があらかじめ設定されているメインループにおいて連続して実施される。
【0014】
TV最小化ステップの前に、投影データは、オーダードサブセット同時代数的再構成法(OS−SART)に供される。投影データは、それぞれ特定数のビューを有する所定数のサブセットNにグループ化される。一実施形態では、オーダードサブセット同時代数的再構成法(OS−SART)の実施中に、各サブセットが連続して処理されてもよい。別の実施形態では、複数のサブセットは、複数の中央処理装置(CPU)または1つのグラフィック処理装置(GPU)などの特定のマイクロプロセッサを利用して並列に処理されてもよい。全変動(TV)最小化ステップにおいて、再構成デバイス114の一実施形態では、現在の画像ボリュームの目的関数が前の画像ボリュームの目的関数より小さくなるように正のステップ幅(step size)を探索するために直線探索方式(line search strategy)を用いる。
【0015】
再構成デバイス114はまた、オーダードサブセット同時代数的再構成法(OS−SART)の実施中に、2つの主要な演算を実行する。すなわち、再構成デバイス114は、各サブセットNに対して、計算上の投影データを生成するために画像ボリュームを再投影し、更新画像ボリュームを再構成するために、計測された投影データと計算上の投影データとの正規化された差分を逆投影する。さらに詳細には、再構成デバイス114の一実施形態では、システムマトリックスの係数がキャッシュされないレイトレーシング法を用いることによって、画像ボリュームを再投影する。さらに、再構成デバイス114の一実施形態では、サブセット内のすべてのレイを同時に再投影する。この処理は任意選択で並列に実施される。逆投影において、再構成デバイス114の一実施形態では、所望の更新画像ボリュームを生成する目的でサブセット内のすべての正規化された差分投影データを逆投影するためにピクセルドリブン(pixel-driven)法を用いる。再構成デバイス114が、画像ボリュームを生成するためにサブセット内のすべてのレイサム(すなわち差分投影データ)を逆投影するので、この演算も任意選択で並列に実施される。これらの演算は、単一のOS−SARTステップを完了するために、すべてのサブセットNに適用される。さらに、AWADは任意選択で組み合わされる。
【0016】
本実施形態は、上述の構成要素に加えて、コーンビームアーチファクト軽減を実行するための種々の他のソフトウェアモジュールとハードウェア構成要素とをさらに含む。本実施形態によれば、CT装置のコーンビーム(CB)アーチファクト軽減デバイス117は、有利には、特定の状況下でコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するためのコーンビームアーチファクト軽減機能を実行する。一般に、CBアーチファクトは、画質を劣化させる、シェーディング(shading)コーンビームと高コントラストコーンビームとを含む2つの成分を有する。1つの例示的な処理では、画質を向上させるため、シェーディングはリビニングをフィルタ処理することによって補正され、高コントラストは線画像によって補正される。上述のアーチファクトについては、本願の他の図を参照してさらに説明する。
【0017】
他の実施形態では、CT装置のコーンビーム(CB)アーチファクト軽減デバイス117は、有利には、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減するために正確な再構成の要素と、SARTなどの逐次反復再構成の要素とを結合する。より詳細に説明するように、再構成デバイス114は、円形線源軌道上のコーンビーム線源を用いて収集された計測投影データから円形画像を再構成する。その後、CBアーチファクト軽減デバイス117が、この円形画像からの線データを順投影し、次に、再構成デバイス114が、この順投影された線データに基づいて線画像を再構成する。上記のステップに基づいて、CBアーチファクト軽減デバイス117が円形画像と線画像とを合成する。この合成画像は、CBアーチファクトは、従来の方法による再構成画像に存在するはずのCBアーチファクトに対し、大幅に軽減されたCBアーチファクトを含む。最後に、CBアーチファクト軽減デバイス117が、補正された画像を出力する。
【0018】
本実施形態では、コーンビームアーチファクト軽減デバイス117は、他のソフトウェアモジュールおよび/または記憶デバイス112、再構成デバイス114、表示デバイス116、および入力デバイス115などのシステム構成要素にデータ/制御バスを介して動作的に接続される。この点に関して、他の実施形態では、コーンビームアーチファクト軽減デバイス117単独では、必ずしもコーンビームアーチファクト機能および/またはそれに関連するタスクを実行しない。そのうえ、他の実施形態では、コーンビームアーチファクト軽減デバイス117は、任意選択で再構成デバイス114などの他のデバイスの一部である。
【0019】
図2は、本実施形態によってコーンビーム(CB)アーチファクトを大幅に軽減する理由の1つの側面を示す図である。この図は、一連の細い対象0が、所定の円軌道CT上にある線源に対して相対的な位置にある例示的な状況を示す。線源位置S1にあるコーンビームは、所定のコーンビーム角で対象0に向かって照射する。この例示的な状況は、画像は診断のために良好な分解能を有するズームされたまたは所望の撮像視野(FOV)内で再構成されることが多いことも示す。順投影には、X線ビームを減衰させる対象全体に関する情報が必要なので、図2に示すように2つのボリューム画像CFK_AおよびCFK_Bが生成される。網掛け領域は、不十分に収集された実測された投影データに対応する。画像CFK_Aは、最終結果に用いられるべき所望のFOVを有し、画像CFK_Bは、欠損している線データを生成するために全(full)FOVを有する。必要な範囲2Hは、この線データを生成するための線データ方向LTDに沿って示されている。
【0020】
次に図3を参照すると、流れ図は、本実施形態によりコーンビーム(CB)アーチファクトを大幅に軽減する例示的な処理に関与する全般的なステップを示す。実際、この流れ図は、本実施形態によりコーンビーム(CB)アーチファクトを大幅に軽減する例示的な処理の概念的なスキームであり、本発明は、必ずしも以下の説明に限定されない。ステップS100では、実測された投影データが収集される。一般に、収集された実測された投影データは、コーンビーム円形スキャンジオメトリが原因で不十分であるので、従来の方法で再構成された場合、コーンビームアーチファクトを発生しやすい。ステップS110では、円形画像が、円形線源軌道上のコーンビーム線源を用いて収集された実測された投影データから再構成される。再構成された円形画像は、任意選択で、後で取り出すために所定の記憶域に記憶される。ステップS120では、ステップS110で再構成された円形画像から、線データが順投影または再投影される。ステップS120での線データ生成の詳細については、後で他の流れ図を参照して説明する。ステップS130では、線画像が、ステップS120で生成された順投影された線データに基づいて再構成される。上記のステップS110、S120、およびS130に基づいて、ステップS140で、円形画像と線画像がここで合成される。この合成画像は、従来の方法による再構成画像に存在するはずのCBアーチファクトに対し、大幅に軽減されたCBアーチファクトを含む。最後に、ステップS150で、補正された画像が表示または解析のために出力される。CBアーチファクトを大幅に軽減する別の実施形態では、上述のステップのうちいくつかは、線データの精度を向上させ、さらに出力画像のアーチファクト軽減を向上させるために、SARTなどの既知の逐次的技法を用いて反復的に繰り返される。
【0021】
図4は、本実施形態によってコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するための特定の概念的解決策を示す図の集まりである。図2に関して既に説明したように、例示的な状況では、診断のために良好な分解能を有するズームされたまたは所望の撮像視野(FOV)が必要である。順投影には、X線ビームを減衰させる対象全体に関する情報が必要なので、図4Aおよび図4Bに示すような2つの画像CFK_AおよびCFK_Bは、図4Cに示すように円軌道CT上のコーンビーム線源CBSを用いて収集された対応する円形データから円形フェルドカンプ(CFK:circular Feld-Kamp)法を用いて再構成される。図4Cは、画像ボリュームCFK_Aのための円形データが画像CFK_Bのための円形データのズームされた一部分であることも示す。つまり、画像CFK_Aは、画像CFK_Bの全FOVまたは大きなFOVの中に所望のFOVを有し、この全FOVはZ軸方向に沿って延びる。
【0022】
本実施形態によれば、図4Dに示すような線データは、フィルタ補正逆投影の行われたボリューム画像CFK_Bの順投影から生成される。この点に関して、本願では、再投影は、上述の線データ生成において順投影と同義的に用いられる。上述のように、画像CFK_Bは、全FOVを有する。大きなコーン角を有するX線は、再構成画像を越えてZ方向の空間を透過できるので、画像CFK_Bは、任意選択で、スキャンステムのコーン角によって決まるあるZ範囲を越えて延びる。他の実施形態では、画像CFK_Bにおけるコーンビームアーチファクトを軽減するため、線軌道LTに沿った順投影の前に、所定の適応ローパス3Dフィルタが画像CFK_Bに適用される。あるいは、別の実施形態では、線軌道LTに沿った順投影の前に、所定の因数分解手法が画像CFK_Bに適用される。
【0023】
本実施形態によるコーンビームアーチファクト軽減処理の一実施形態では、線データが、画像CFK_Bの再投影によって線軌道から得られた後、図4Eに示すような所望のFOVを有する線画像が、図4Dに示すような線データから再構成される。最後に、図4Eに示すような所望のFOVを有する線画像が、+記号によって表されるように図4Aに示すような画像ボリュームCFK_Aと合成され、図4Fに示すような補正された画像を生成する。この合成画像は、大幅に軽減されたコーンビームアーチファクトを有する。一実施形態では、画像ボリュームCFK_Bは、任意選択で、全FOVを有する線データから再構成された画像を追加することによって更新される。そのうえ、この線データは、アーチファクトを有するボリューム画像から順投影されるので、近似されたデータである。このため、別の実施形態では、線データを改良し、かつコーンビームアーチファクトの軽減を向上させるために、反復手法が用いられる。
【0024】
図5は、本実施形態におけるコーンビームアーチファクト軽減処理に関与するステップを示すフロー図である。コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する例示的な処理では、実測された投影データは、特定のコーンビーム角を用いて所定の円形データ収集技法によって収集されたと仮定される。一般に、実施形態におけるコーンビームアーチファクト軽減処理では、所望の小さな撮像視野と、対応する円軌道コーンビームデータからの全撮像視野とをそれぞれ有する2つの参照画像CFK_AとCFK_Bとを生成する。実施形態におけるコーンビームアーチファクト軽減処理では、所定の線源軌道に沿って全撮像視野を有する参照画像CFK_Bを順投影することによって投影データを生成し、次に、この投影データから補正画像を再構成する。この補正は、線軌道などの所定の線源軌道が参照画像CFK_Bの円形線源軌道を補うので達成される。そのうえ、実施形態におけるコーンビームアーチファクト軽減処理では、ステップS360の後の補正された画像が本実施形態により大幅に軽減されたコーンビームアーチファクトを有するように、線画像に関してステップS230からS290などの特定のステップを反復的に繰り返す。代替実施形態では、コーンビームアーチファクト軽減処理において、反復の代わりに所定の方法で線画像の操作を実行する。
【0025】
さらに図5を参照して、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理について詳細にさらに説明する。一般に、参照画像は、Cseg+z/cos(gamma)によって与えられる所定のフィルタ処理方向に沿ってフィルタ処理することによりフィルタ補正逆投影アルゴリズムに基づいて得られ、ここで、gammaはコーン角であり、zはCsegからの垂直方向の距離であり、Csegは、検出器列数−1を2で除算することによって規定される。ステップS210では、実測された投影データは、所定のHconvステップに供され、このステップでは、2つの参照画像を再構成するためにコンボリューションデータを出力する。一実施形態では、Hconvステップでは、Rampカーネル+Hilbertカーネルのハイブリッドカーネルを利用する。別の実施形態では、2つの参照画像を生成するために、円形フェルドカンプ(CFK)法が用いられる。さらに、頭部イメージングのための脳のシェーディングなどにおいて画質をある程度向上させるために、任意選択でリビニングステップがHconvステップに追加される。代替実施形態では、コンボリューションデータのリビニングステップおよび逆リビニング(inverse rebinning)はそれぞれ、画質をある程度向上させるためにHconvステップの前と後に任意選択で実行される。ステップS300では、第1の参照画像CFK_Aは、円形フェルドカンプ(CFK)法を用いて円軌道コーンビームデータから再構成され、第1の参照ボリューム画像CFK_Aは第1の撮像視野(FFOV)を有する。FFOVは、一般に、所望の逆投影視野(back projection field of view)である。同様に、ステップS220では、第2の参照画像CFK_Bが円軌道コーンビームデータから再構成され、第2の参照ボリューム画像CFK_Bは第2の撮像視野(SFOV)を有し、SFOVはFFOVより大きく、任意選択でCT画像システムのガントリを対象とする。次に、両方の参照画像CFK_AおよびCFK_Bは、任意選択で、後で取り出すためにそれぞれのステップS300およびS220において記憶される。そのうえ、ステップS220ではまた、反復に関与するステップのその後のインスタンスのために反復カウンタIterを初期化する。
【0026】
さらに図5を参照して、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理の反復ステップについて詳細にさらに説明する。ステップS230では、所定数の反復を追跡するために、反復カウンタIterが1だけ増分される。ステップS240では、OSRフィルタなどの所定のフィルタが、第2の参照ボリューム画像CFK_Bに適用され、画像CFK_Cを生成するが、この画像CFK_Cは、LLFDK補正されたCFK画像である。その後、次にステップS250において、画像CFK_Cが、順投影のために拡張スライスCFK_Dにボリューム拡張される(volume expanded)。ステップS260では、スライスCFK_Dが線データに順投影され、ステップS310およびステップS270において、同じ線データがそれぞれ線画像Aおよび線画像Bに再構成される。その後、線画像Bが、ステップS270において反復ごとに線画像スケーリングファクタによりスケーリングされ、ステップS280において第2の参照画像CFK_Bと合成されて、ステップS290でLC画像Bを生成してから、ステップS230においてLC画像Bを用いて次の反復を開始し、このステップで反復カウンタIterが増分される。
【0027】
同様に、線画像Aも、S310において線画像スケーリングファクタによりスケーリングされ、ステップS320において第1の参照画像CFK_Aと合成されて、ステップS330においてLC画像Aを生成する。ステップS340において、反復カウンタIterの値が所定の反復回数Niterより大きいかどうかが判断される。ステップS340でIterカウンタの値が最大反復値Niterより大きくないと判断された場合、所定の反復回数はまだ完了しておらず、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理は、さらなる反復のためにステップS260に進む。一方、ステップS340でIterカウンタ値が最大反復値Niterより大きいと判断された場合、所定の反復回数は完了しており、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理は、任意選択で、ステップS350でLLFDK補正を適用してから、ステップS360で補正された最終画像を生成する。本実施形態によれば、コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理は、上記の説明に限定されず、他の実施ステップを含む。
【0028】
図6Aおよび図6Bはそれぞれ、本実施形態における大幅なコーンビームアーチファクト軽減の効果を評価するために用いられるディスクファントムの側面図と上面図を示す。このファントムは、Z方向に沿ってディスク状の割れ目を有する。
【0029】
図7A、図7B、および図7Cは、本実施形態よる一比較例における大幅なコーンビームアーチファクト軽減の効果を示す。図7Aは、コーンビームアーチファクト補正を行わずにディスクファントムから再構成された従来のFDK画像を示す。著しいコーンビームアーチファクトが認められる。図7Bは、コーンビームアーチファクト補正を行わない500回反復後のディスクファントムから再構成されたSART画像を示す。図7Cは、本実施形態によりコーンビームアーチファクトを大幅に軽減するための1つの例示的処理を行ったディスクファントムから再構成された補正された画像を示す。著しいコーンビームアーチファクトは大幅に軽減されている。
【0030】
図8Aから図8Fは、本実施形態による別の比較例における大幅なコーンビームアーチファクト軽減の効果を示す。図8Aから図8Fにおける例示的な画像は、臨床で得られた頭部データの厚いMPRスライスからCFK再構成法またはHFK再構成法を用いて生成されたものである。そのうえ、図8Aから図8Fにおける例示的な画像は、線補正、データのリビニング、およびOSR補正の組み合わせを用いて生成されている。さらに、図8Aは、リビニングを行わずにCFKを用いた再構成画像を示す。図8Bは、リビニングは行わないがOSRフィルタ処理を行ったCFKを用いた再構成画像を示す。図8Cは、比較のためにHFKを用いた再構成画像を示す。図8Dは、リビニングを行ったCFKを用いた再構成画像を示す。図8Eは、本実施形態のコーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理によりリビニングと1回順投影された線データ補正とを行ったCFKを用いた再構成画像を示す。図8Fは、本実施形態のコーンビームアーチファクトを大幅に軽減する処理によりリビニングと3回反復順投影された線データ補正とを行ったCFKを用いた再構成画像を示す。
【0031】
しかし、本実施形態の多数の特徴および利点が構造および機能の詳細と共に前述の説明に記載されているが、本開示は例示に過ぎないこと、さらに、詳細、特に部品の形状、大きさ、および構成、ならびにソフトウェア、ハードウェア、またはその両方の組み合わせにおける実装形態に関して、変更を加えることができるが、この変更は、添付の特許請求の範囲が表現される用語の広い一般的な意味によって最大限示される本発明の原理内に含まれることを理解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法であって、
a)所定の円形線源軌道における実測の投影データから参照画像を再構成するステップと、
b)前記円形線源軌道に対応する理論的な完全円形軌道に従って前記参照画像を順投影することにより投影データを生成するステップと、
c)前記生成された投影データから補正画像を再構成するステップと、
d)前記参照画像と前記補正画像とを用いて最終画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減するステップと
を備える方法。
【請求項2】
前記参照画像が、フィルタ補正逆投影アルゴリズムに基づいて所定のフィルタ処理方向に沿ってフィルタ処理することによって得られる、請求項1に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項3】
前記所定のフィルタ処理方向がCseg+z/cos(gamma)によって与えられ、ここでgammaはコーン角であり、zはCsegからの垂直方向の距離であり、Csegは、検出器列の数−1を2で除算することによって規定される、請求項2に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項4】
前記参照画像が、円形フェルドカンプ(CFK)画像とハイブリッドコンボリューション再構成(Hconv)画像のうちの1つである、請求項2に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項5】
前記補正画像が線スキャン再構成画像である、請求項1に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項6】
前記補正された画像を前記ステップb)における前記参照画像として用いて前記ステップb)からd)を所定の回数反復する追加のステップf)をさらに備える、請求項1に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項7】
前記ステップb)においてローパスフィルタが適用される、請求項1に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項8】
前記ステップa)において、前記計測円形データから第1の円形画像と第2の円形画像とを生成し、前記第1の円形画像が全撮像視野を有し、前記第2の円形画像が所望の撮像視野である、請求項1に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項9】
前記ステップb)において、前記第1の円形画像に所定のOSRフィルタを適用する、請求項8に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項10】
前記ステップb)において、順投影された線データを生成するために前記第1の円形画像を順投影する、請求項9に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項11】
前記ステップc)において、前記順投影された線データから線画像を再構成する、請求項10に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項12】
前記ステップd)において、前記第2の円形画像と前記線画像とを用いて前記補正された画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する、請求項11に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項13】
前記補正された画像を前記ステップb)における前記参照画像として用いて前記ステップb)からd)を所定の回数反復する追加のステップf)をさらに備える、請求項12に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項14】
円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステムであって、
所定の円形線源軌道における実測された投影データから参照画像を再構成するための再構成デバイスと、
前記円形線源軌道に対応する理論的な完全円形軌道に従って前記参照画像を順投影することにより投影データを生成するための、前記再構成デバイスに接続されたコーンビームアーチファクト軽減デバイスとを備え、
前記再構成デバイスは、前記生成された投影データから補正画像を再構成し、
前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスは、前記参照画像と前記補正画像とを用いて最終画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する、システム。
【請求項15】
前記参照画像が、フィルタ補正逆投影アルゴリズムに基づいて所定のフィルタ処理方向に沿ってフィルタ処理することによって得られる、請求項14に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項16】
前記所定のフィルタ処理方向がCseg+z/cos(gamma)によって与えられ、ここでgammaはコーン角であり、zはCsegからの垂直方向の距離であり、Csegは、検出器列の数−1を2で除算することによって規定される、請求項15に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項17】
前記参照画像が、円形フェルドカンプ(CFK)画像とハイブリッドコンボリューション再構成(Hconv)画像のうちの1つである、請求項15に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項18】
前記補正画像が線スキャン再構成画像である、請求項14に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項19】
前記再構成デバイスおよび前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスが、前記補正された画像を前記参照画像として用いて所定の反復回数反復する、請求項14に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項20】
前記再構成デバイスが、ローパスフィルタを利用する、請求項14に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項21】
前記再構成デバイスが、前記計測円形データから第1の円形画像と第2の円形画像とを生成し、前記第1の円形画像が全撮像視野を有し、前記第2の円形画像が所望の撮像視野である、請求項14に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項22】
前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスが、前記第1の円形画像に所定のOSRフィルタを適用する、請求項21に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項23】
前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスが、順投影された線データを生成するために前記第1の円形画像を順投影する、請求項22に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項24】
前記再構成デバイスが、前記順投影された線データから線画像を再構成する、請求項23に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項25】
前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスが、前記第2の円形画像と前記線画像とを用いて前記補正された画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する、請求項24に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項26】
前記再構成デバイスおよび前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスが、前記補正された画像を前記参照画像として用いて所定の反復回数反復する、請求項25に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項1】
円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法であって、
a)所定の円形線源軌道における実測の投影データから参照画像を再構成するステップと、
b)前記円形線源軌道に対応する理論的な完全円形軌道に従って前記参照画像を順投影することにより投影データを生成するステップと、
c)前記生成された投影データから補正画像を再構成するステップと、
d)前記参照画像と前記補正画像とを用いて最終画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減するステップと
を備える方法。
【請求項2】
前記参照画像が、フィルタ補正逆投影アルゴリズムに基づいて所定のフィルタ処理方向に沿ってフィルタ処理することによって得られる、請求項1に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項3】
前記所定のフィルタ処理方向がCseg+z/cos(gamma)によって与えられ、ここでgammaはコーン角であり、zはCsegからの垂直方向の距離であり、Csegは、検出器列の数−1を2で除算することによって規定される、請求項2に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項4】
前記参照画像が、円形フェルドカンプ(CFK)画像とハイブリッドコンボリューション再構成(Hconv)画像のうちの1つである、請求項2に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項5】
前記補正画像が線スキャン再構成画像である、請求項1に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項6】
前記補正された画像を前記ステップb)における前記参照画像として用いて前記ステップb)からd)を所定の回数反復する追加のステップf)をさらに備える、請求項1に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項7】
前記ステップb)においてローパスフィルタが適用される、請求項1に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項8】
前記ステップa)において、前記計測円形データから第1の円形画像と第2の円形画像とを生成し、前記第1の円形画像が全撮像視野を有し、前記第2の円形画像が所望の撮像視野である、請求項1に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項9】
前記ステップb)において、前記第1の円形画像に所定のOSRフィルタを適用する、請求項8に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項10】
前記ステップb)において、順投影された線データを生成するために前記第1の円形画像を順投影する、請求項9に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項11】
前記ステップc)において、前記順投影された線データから線画像を再構成する、請求項10に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項12】
前記ステップd)において、前記第2の円形画像と前記線画像とを用いて前記補正された画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する、請求項11に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項13】
前記補正された画像を前記ステップb)における前記参照画像として用いて前記ステップb)からd)を所定の回数反復する追加のステップf)をさらに備える、請求項12に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正する方法。
【請求項14】
円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステムであって、
所定の円形線源軌道における実測された投影データから参照画像を再構成するための再構成デバイスと、
前記円形線源軌道に対応する理論的な完全円形軌道に従って前記参照画像を順投影することにより投影データを生成するための、前記再構成デバイスに接続されたコーンビームアーチファクト軽減デバイスとを備え、
前記再構成デバイスは、前記生成された投影データから補正画像を再構成し、
前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスは、前記参照画像と前記補正画像とを用いて最終画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する、システム。
【請求項15】
前記参照画像が、フィルタ補正逆投影アルゴリズムに基づいて所定のフィルタ処理方向に沿ってフィルタ処理することによって得られる、請求項14に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項16】
前記所定のフィルタ処理方向がCseg+z/cos(gamma)によって与えられ、ここでgammaはコーン角であり、zはCsegからの垂直方向の距離であり、Csegは、検出器列の数−1を2で除算することによって規定される、請求項15に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項17】
前記参照画像が、円形フェルドカンプ(CFK)画像とハイブリッドコンボリューション再構成(Hconv)画像のうちの1つである、請求項15に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項18】
前記補正画像が線スキャン再構成画像である、請求項14に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項19】
前記再構成デバイスおよび前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスが、前記補正された画像を前記参照画像として用いて所定の反復回数反復する、請求項14に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項20】
前記再構成デバイスが、ローパスフィルタを利用する、請求項14に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項21】
前記再構成デバイスが、前記計測円形データから第1の円形画像と第2の円形画像とを生成し、前記第1の円形画像が全撮像視野を有し、前記第2の円形画像が所望の撮像視野である、請求項14に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項22】
前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスが、前記第1の円形画像に所定のOSRフィルタを適用する、請求項21に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項23】
前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスが、順投影された線データを生成するために前記第1の円形画像を順投影する、請求項22に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項24】
前記再構成デバイスが、前記順投影された線データから線画像を再構成する、請求項23に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項25】
前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスが、前記第2の円形画像と前記線画像とを用いて前記補正された画像を生成することによって前記コーンビームアーチファクトを大幅に軽減する、請求項24に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【請求項26】
前記再構成デバイスおよび前記コーンビームアーチファクト軽減デバイスが、前記補正された画像を前記参照画像として用いて所定の反復回数反復する、請求項25に記載の円軌道コンピュータ断層撮影においてコーンビームアーチファクトを補正するシステム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【公開番号】特開2013−85965(P2013−85965A)
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−232359(P2012−232359)
【出願日】平成24年10月19日(2012.10.19)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【出願人】(594164542)東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年10月19日(2012.10.19)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【出願人】(594164542)東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Fターム(参考)】
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