JP3987024B2 - 横方向のフィルタリング処理を用いたトモシンセシス画像を強調する方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般に、医療用イメージングの分野に関し、より具体的には、トモシンセシスの分野に関する。特に、本発明は、トモシンセシスの再構成におけるコントラスト変化を最小にすることに関する。

医師及び放射線医が、患者の選択された器官又は組織の３次元表現を非侵襲的に得ることを可能にする断層撮影イメージング技術は、医学的診断においてますます重要になってきている。トモシンセシスは、限られた数の放射線画像投影が患者に対して異なる角度においてデジタル方式で収集される従来の平面的断層撮影の変形である。トモシンセシスにおいて、Ｘ線源は、コリメートされ患者を透過した後、１組の検出器素子によって検出される扇状又は円錐形のＸ線ビームを生成する。検出器素子は、Ｘ線ビームの減弱に基づく信号を生成する。この信号を処理して、一般に、線束経路に沿った被検体の減弱係数の線形積分からなる放射線画像投影を生成することができる。次に、放射線源、患者、又は検出器が次の照射のために、通常はＸ線源を移動させることにより互いに相対的に移動され、その結果、各投影が異なる角度で収集される。

次いでフィルタ補正逆投影法のような再構成技術を用いることにより、収集された投影のセットを再構成して、診断上有益な３次元画像を生成することができる。３次元情報はトモシンセシス中にデジタル方式で得られるため、オペレータが選択するどの観察平面においても画像を再構成することができる。典型的には、撮像される被検体の関心のある幾らかのボリュームを表す一組のスライスが再構成され、各スライスは、検出器の面と平行な平面における構造を表す再構成された画像であり、各スライスは該検出器の面からの異なる距離の平面に相当する。

更に、トモシンセシスは、投影から３次元データを再構成することから、重畳している解剖学的構造を除去すること、及び焦点平面におけるコントラストを強調することにおいて、単一のＸ線写真を用いるものと比較すると、高速でコスト効果の高い技術を提供する。更に、トモシンセシスデータは、多くの場合患者に対してＸ線源の単一の掃引で迅速に収集される比較的少ない投影放射線画像からなることから、該患者が受ける合計Ｘ線量は、従来の１回のＸ線照射の線量に相当し、通常はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）検査により受ける線量より少ない。更に、トモシンセシスにおいて用いられる検出器の解像度は、ＣＴ検査において用いられる検出器の解像度より大きいのが普通である。これらの品質により、肺の結節又は撮像困難な病理を検出するような放射線作業においてトモシンセシスは有益なものとなる。

トモシンセシスは、これらの重要な利点を提供するが、トモシンセシスに関連する技術には欠点もある。特に、再構成における問題は、この技術の性質に起因して不完全な情報しか利用可能ではないことから、解決することが困難である。すなわち、放射線画像投影は、比較的狭い角度範囲内の幾つかの角度からしか収集することができず、角度範囲全体にわたって密集した間隔で配置されておらず、収集される情報量が制限されることになる。これらの再構成における問題を解決するために、改良されたアルゴリズムが用いられる。良好な再構成アルゴリズムは、重なり組織を効率的に分離し、アーチファクトを最小限に抑え、特に小さい構造におけるコントラストを強調することができる。

トモシンセシスにおいて再構成されたデータセットは、トモシンセシスデータを収集するために用いられた投影方向における構造のボケを示すことが多い。被撮像構造に関連したこれらのアーチファクトは、収集の幾何学的形状に対する構造の方位によって変化することになる。従って、構造のボケは、被撮像ボリュームの再構成において望ましくない画像のアーチファクトを生成し、異なる高さに配置された構造の分離を妨げる可能性がある。

高品質の再構成を得るために、直接的又は間接的に再投影一貫性制約を利用する改善された再構成アルゴリズムを用いるシステムは、被撮像構造のコントラストを回復し、前述の構造のボケを最小にしようとするものである。再投影一貫性制約を組み込むアルゴリズムにおいては、回復することができるコントラストの程度及びボケの程度は、用いられるアルゴリズム、イメージングシステムの収集の幾何学的形状、及び被撮像被検体又は構造の幾何学的形状、位置、並びに方位によって変化することになる。再投影一貫性制約を組み込むアルゴリズムの例は、線形／加算的ＡＲＴ、マトリクス反転トモシンセシス（ＭＩＴＳ）、ボリュメトリック非線形再構成、及び一般化されたフィルタ補正逆投影法を含む。これらのアルゴリズムにおいて観察されるように、回復されたコントラストと残存するボケとは相互依存の関係にある。特に、再投影一貫性制約は、再構成された構造のコントラストと、その構造に関連したボケのアーチファクトのコントラストとの総量を一定に維持する効果を有する。従って、再構成アルゴリズムのボケの抑制が良好である程、再構成された構造のコントラストも良好になる。

しかしながら、残存するボケの形状及び程度は、上述のように、画像の収集に用いられる特定のシステムの幾何学的形状に関連する構造の形状及び方位に大きく依存する。特に、イメージングプロセスの間、Ｘ線源がほぼ線形の軌道に沿って移動する場合には、該線源の線形経路に対してほぼ平行な方向に「長い」構造は、広範囲のボケを生成し、他方、該線源の線形経路に対してほぼ平行な方向に「短い」構造は、局部的なボケだけを生成することになる。例えば、細長い構造が線源の線形経路に対してほぼ平行に向けられている場合には、広範囲のボケが生成され、該線源の軌道に対してほぼ直角に向けられている場合には、局部的なボケだけが生成される。再構成された構造のコントラストとその構造に起因する残存のボケとの間の前述の相互依存に起因して、同じ細長い構造が線源軌道に対してほぼ直角に向けられる場合には、該構造の再構成におけるコントラストがより高くなり、該構造が該線源軌道に対してほぼ平行に向けられている場合にはより低くなる。

この問題に対し間接的に対処する１つの方法は、各々の構造の方位に対して異なる多数の方位において投影を収集する円形のトモシンセシスにおけるような対称的なシステムの幾何学的形状を利用することであった。

例えば、円形のトモシンセシスにおいては、Ｘ線源は線形軌道では移動されないが、代わりに検出器の面に対してほぼ平行な平面における円形軌道で移動される。しかしながら、例えば、システムの複雑さ又は走査速度の理由のために、対称性の少ない収集の幾何学的形状が好ましい場合が多い。例えば、肺のトモシンセシスにおいては、ほぼ線形又は細長い２次元の幾何学的形状（楕円形のような）を好ましいものとすることができる。従って、例えば、線形又は細長い収集の幾何学的形状のような非対称的な線源軌道の使用を可能にすると共に、再構成された画像におけるコントラスト変化を最小限に抑える効果的な方法が必要とされる。

本技術は、放射線画像投影から導き出された３次元画像におけるコントラストの非対称性を修正する新規な方法を提供する。特に、この技術は、再構成された画像においてコントラストの対称性をもたらすフィルタを適用する。これにより、この技術は、収集システムの幾何学的形状及び被検体の方位に帰属するコントラスト変化を補償する。

本技術の一態様において、放射線画像データを処理する方法が提供される。放射線源を被撮像物体に対して移動させることにより、２つ又はそれ以上の被撮像物体の放射線画像投影が、２つ又はそれ以上の対応するビュー角度において得られる。放射線画像投影は、放射線源の走査経路に対してほぼ横方向においてフィルタ処理される。再構成アルゴリズムがフィルタ処理された投影に適用されて、１つ又はそれ以上の再構成されたスライスが再構成される。

本技術の別の態様においては、放射線画像データを処理する方法が提供される。２つ又はそれ以上の被撮像物体の放射線画像投影は、放射線源を被撮像物体に対して移動させることにより、２つ又はそれ以上の対応するビュー角度において得られる。再構成アルゴリズムが放射線画像投影に適用されて、１つ又はそれ以上の画像のスライスが再構成される。画像のスライスは放射線源の走査経路に対して横方向にフィルタ処理される。

本技術の更に別の態様においては、放射線の画像データを処理するシステムが提供される。このシステムは、放射線のストリームを生成することができる放射線源と、該放射線源と作動的に接続された制御回路とを含む。更に、このシステムは、放射線のストリームを検出し、２つ又はそれ以上の放射線画像投影を生成することができる検出器と、放射線源、該検出器、及び患者用プラットフォームの少なくとも１つを変位させるように構成されたモータ制御装置とを含む。検出器と作動的に接続し、２つ又はそれ以上の放射線画像投影を受け取るように構成された処理回路も更に含む。処理回路は更に、２つ又はそれ以上の放射線画像投影を再構成して、被撮像ボリューム内の対応する位置における構造を表す１つ又はそれ以上の再構成されたスライスを形成する。この処理回路は更に、前記放射線源の走査経路に対してほぼ横方向において、少なくとも１つの相補フィルタ（complementary filter）を、２つ又はそれ以上の放射線画像投影と１つ又はそれ以上の再構成されたスライスとの少なくとも１つに適用するように構成される。処理回路と作動的に接続されたオペレータ用ワークステーションが、１つ又はそれ以上の再構成されたスライスを表示するように構成される。

本技術の別の態様においては、放射線画像データを処理するシステムが提供される。このシステムは、放射線のストリームを生成することができる放射線源と、該放射線源と作動的に接続された制御回路とを含む。更に、このシステムは、放射線のストリームを検出し、２つ又はそれ以上の放射線画像投影を生成することができる検出器と、放射線源、検出器、及び患者用プラットフォームの少なくとも１つを変位させるように構成されたモータ制御装置とを含む。検出器と作動的に接続され、２つ又はそれ以上の放射線画像投影を受け取るように構成された処理回路も更に含む。処理回路は更に、２つ又はそれ以上の放射線画像投影を再構成して、被撮像ボリューム内の１つ又はそれ以上の構造を表す１つ又はそれ以上の再構成されたスライスを形成する。処理回路は、１つ又はそれ以上の再構成されたスライスにおけるコントラストの非対称性を減少させるための手段を含む。処理回路と作動的に接続されたオペレータ用ワークステーションは、１つ又はそれ以上の再構成されたスライスを表示するように構成される。

本技術の付加的な態様においては、放射線画像データを処理するための有形媒体が提供される。この有形媒体は、投影を生成するために用いられる放射線源の走査経路に対してほぼ横方向において、２つ又はそれ以上の放射線画像投影をフィルタリングするルーチンを含む。更に、再構成アルゴリズムをフィルタ処理された投影に適用して、１つ又はそれ以上の再構成されたスライスを生成するためのルーチンが含まれる。

本技術の別の態様においては、放射線画像データを処理するための有形媒体が提供される。この有形媒体は、再構成アルゴリズムを２つ又はそれ以上の放射線画像投影に適用して、１つ又はそれ以上の再構成されたスライスを生成するルーチンを含む。更に、投影を生成するために用いられる放射線源の走査経路に対してほぼ横方向において、１つ又はそれ以上の再構成されたスライスをフィルタリングするためのルーチンが含まれる。

本発明の前述及び他の利点及び特徴は、以下の詳細な説明を読み、図面を参照することにより明らかになるであろう。

図１は、画像データを収集し処理するために用いることができるイメージングシステム１０を概略的に示す。図示された実施の形態において、システム１０は、本技術に従って、原画像データを収集し、該画像データを処理して、表示及び分析するように設計されたトモシンセシスシステムである。図１に示される実施の形態において、イメージングシステム１０は、ほぼ平面内で自由に移動可能なＸ線放射線源１２を含む。この例示的な実施の形態においては、Ｘ線放射線源１２は、典型的には、Ｘ線管及びこれに付随する支持及びフィルタ処理構成要素を含む。

放射線のストリーム１６が線源１２により照射され、患者１８のような被検体が配置された領域内に透過される。放射線２０の一部は被検体又はその周囲を通過し、全体を参照符号２２で表す検出器アレイに衝突する。アレイの検出器素子は、入射Ｘ線ビームの強さを表す電気信号を生成する。これらの信号が収集され処理されて、被検体内の画像の特徴を再構成する。コリメータ２３は、Ｘ線源１２から放出されるＸ線ビーム１６の寸法及び形状を定めることができる。

放射線源１２はシステム制御装置２４により制御され、該システム制御装置２４は、トモシンセシス検査シーケンスのための電力と制御信号との両方を供給し、患者１８及び検出器２２に対する該放射線源１２の位置決めを行う。更に、検出器２２は、該検出器２２において生成される信号の収集を命令するシステム制御装置２４に接続される。システム制御装置２４はまた、ダイナミックレンジの初期調整、デジタル画像データのインターリービングのなどのための種々の信号処理及びフィルタ処理機能を実行することができる。一般に、システム制御装置２４は、検査プロトコルを実行し、収集されたデータを処理するようにイメージングシステムの動作を命令する。本明細書においては、システム制御装置２４はまた、一般に、汎用又は特定用途のデジタル・コンピュータに基づいた信号処理回路、該コンピュータによって実行されるプログラム及びルーチン並びに構成パラメータ及び画像データを格納するための付属のメモリ回路、インターフェース回路、及び他の回路などを含む。

図１に示される実施の形態において、システム制御装置２４は、Ｘ線源１２を患者１８及び検出器２２に対して位置させる位置サブシステム２６に接続される。別の実施の形態においては、位置サブシステム２６は、線源１２の代わりに、検出器２２を、又は更に患者１８を移動させるようにしてもよい。更に別の実施の形態においては、１つより多い構成要素が位置サブシステム２６により制御されて移動されるようにしてもよい。従って、位置サブシステム２６を介して、放射線源１２、患者１８、及び検出器２２の相対的な位置を変化させることにより、該患者１８を通る種々の角度で放射線投影を取得することができる。

更に、当業者により理解されるように、放射線源はシステム制御装置２４内に配設されたＸ線制御装置３０により制御することができる。特に、Ｘ線制御装置３０は電力及びタイミング信号をＸ線源１２に供給するように構成される。モータ制御装置３２を用いて、位置サブシステム２６の移動を制御することができる。

更に、システム制御装置２４はまた、データ収集システム３４を備えて示される。この例示的な実施形態において、検出器２２は、システム制御装置２４、より具体的にはデータ収集システム３４に接続される。データ収集システム３４は、検出器２２の読み出し電子回路によって集められたデータを受け取る。一般に、データ収集システム３４は、検出器２２からサンプリングされたアナログ信号を受け取り、コンピュータ３６による後続の処理のために、データをデジタル信号に変換する。

コンピュータ３６は、典型的には、システム制御装置２４に接続される。データ収集システム３４によって収集されたデータを、コンピュータ３６に、更にメモリ３８に送ることができる。このような例示的なシステム１０では、大量のデータを格納するために任意の形式のメモリを使用することができる点を理解されたい。また、コンピュータ３６は、典型的には、キーボード及び他の入力装置を備えたオペレータ用ワークステーション４０を介して、オペレータからコマンド及び走査パラメータを受け取るように構成される。オペレータは、入力装置を介してシステム１０を制御することができる。このように、オペレータは、コンピュータ３６からの再構成された画像データ及びシステムに関連する他のデータを観察し、撮像の開始などを行うことができる。

オペレータ用ワークステーション４０に接続された表示装置４２を用いて、再構成された画像を観察し、イメージングを制御することができる。更に、走査された画像は、コンピュータ３６及びオペレータ用ワークステーション４０に接続することができるプリンタ４３によって印刷することができる。更に、オペレータ用ワークステーション４０は、医用画像管理システム（ＰＡＣＳ）４４に接続することができる。異なる場所にいる他者が画像及び画像データにアクセスすることができるように、ＰＡＣＳ４４は、放射線情報システム（ＲＩＳ）、病院情報システム（ＨＩＳ）のような遠隔システム４６、或いは内部ネットワーク又は外部ネットワークに接続することができる点に留意されたい。

コンピュータ３６及びオペレータ用ワークステーション４０は、標準用又は特殊用途のコンピュータ・モニタ及び関連する処理回路を含む他の出力装置に接続することができる点にも留意されたい。システム・パラメータの出力、検査の要求、画像の観察等のために、１つ又はそれ以上のオペレータ用ワークステーション４０がシステム内に接続されていてもよい。一般に、表示装置、プリンタ、ワークステーション、及びシステム内に提供されている同様の装置は、データ収集構成要素に対して構内にあってもよく、或いは、インターネット、仮想私設ネットワーク等のような一つ又はそれ以上の構成可能なネットワークを介して画像収集システムにリンクさせ、施設又は病院内の他の場所、又は全く別の場所等、これらの構成要素から離れた位置にあってもよい。

図２を一般的に参照すると、この実施の形態において用いられる例示的なイメージングシステムはトモシンセシス・イメージングシステム５０とすることができる。上述のものと同様の構成において、トモシンセシス・イメージングシステム５０は、線源１２及び検出器２２と共に示されており、これらの間に患者１８を配置することができる。放射線源１２は、典型的には、Ｘ線放射線を焦点５２から放射するＸ線管を含む。放射線のストリームは、患者１８の特定領域の方向に向けられる。患者１８の特定領域は、一般に、最も有益に領域の走査が行われるようにオペレータにより選択される。

典型的な動作において、Ｘ線源１２は、焦点５２から検出器アレイ２２に向けてＸ線ビームを投射する。検出器２２は、通常は、例えば胸部、肺等の特定の身体部分のような関心のある被検体の中及びその周りを透過するＸ線を感知し、通常はピクセルに対応する複数の検出器素子で形成される。実施の一形態においては、検出器は、２００μｍ×２００μｍのピクセル・サイズに対応する２，０４８×２，０４８の四角形の素子アレイからなるが、検出器２２及びピクセルの両方について他の構成及び大きさも勿論可能である。各々の検出器素子は、Ｘ線ビームが検出器に衝突するときの該素子の位置におけるＸ線ビームの強さを表す電気信号を生成する。更に、コンピュータ３６が様々なビュー角度から複数の放射線ビューを集めることができるように、放射線源１２を検出器２２の面に実質的に平行な線源の面５４内で全体的に移動させることができる。実施の一形態において、線源１２と検出器２２との間の距離は、おおよそ１８０ｃｍであり、該線源１２の合計移動範囲は、０°を中心位置として±５°から±２０°まで並進する３１ｃｍと１３１ｃｍとの間である。本実施の形態においては、通常、少なくとも１０の投影が収集されて、全角度範囲がカバーされるようになる。

コンピュータ３６は、通常、トモシンセシスシステム５０全体を制御するように用いられる。システムの動作を制御するメインコンピュータは、システム制御装置２４により可能になった特徴を制御するように適合させることができる。更に、オペレータ用ワークステーション４０がコンピュータ３６並びにディスプレイに接続されて、再構成された画像を観察できるようになる。

Ｘ線源１２がほぼ平面５４内で移動すると、検出器２２は減弱されたＸ線ビームのデータを集める。検出器２２から集められたデータは、次に、通常は、前処理及び較正されて、走査された被検体の減弱係数の線形積分を表すように該データを調整する。次に、一般に投影と呼ばれるこの処理されたデータは、通常逆投影されて、走査された領域の画像が形成される。トモシンセシスにおいては、患者及び検出器に対してそれぞれ異なる角度において、典型的には２０又はそれより少ない限られた数の投影が収集される。トモシンセシス技法は、このように角度範囲全体にわたって密集した間隔で配置されない、限られた数の投影しか収集しないため、画像形成に利用可能な情報は限定され、これにより再構成における問題が困難なものとなる。この限られたデータにおける再構成を実行するのに用いられる再構成アルゴリズムは、効率的に組織層を分離し、アーチファクトを最小限に抑え、特に小さい構造の画像のコントラストを強調する。画質を保証するために、再構成アルゴリズムは、再構成に対応する物体がＸ線に曝された場合に最初の画像を再生することを要求する再投影の一貫性制約を用いることができる。

再構成されると、図１及び図２のシステムにより生成された画像は、患者１８の内部特徴の３次元関係を明らかにする。画像を表示して、これらの特徴及びこの３次元関係を示すようにすることができる。再構成された画像は、被撮像ボリューム内の対応する位置における構造を表す単一の再構成されたスライスを含むことができるが、１つより多くのスライスを含むのが普通である。

病態のような病状、より一般的には医学的事象を診断する従来の手法においては、放射線医又は医師が、プリンタ４３又は写真フィルムにより生成された画像のハードコピーを検討し、関心のある特定の特徴を識別する。このような特徴は、結節、病変、特定の生体組織又は器官の大きさ及び形状、及び個々の医療従事者の技能と知識に基づいて画像において識別可能な他の特徴を含むことができる。他の分析は、ソフトコピーの読み出し、再構成された３次元データセットのボリューム・レンダリング、又は生体組織の異常のような関心のある特定の特徴を識別し、又は少なくとも局所化する可能性を提供する種々のコンピュータを利用した診断又は検出（ＣＡＤ）アルゴリズムの能力に基づくものとすることができる。次いで後続の処理及びデータ収集は、典型的には、医療従事者の判断において行われ、その専門知識に基づいている。

しかしながら、再構成された画像の局所的なコントラスト変化は、医療従事者又はＣＡＤアルゴリズムによる画像の分析を阻害する可能性がある。これらのコントラスト変化は、被撮像ボリューム内の構造の形状及び方位に関連した、非対称的な線源軌道のような収集の幾何学的形状に起因して、及び再構成において用いられる再構成アルゴリズムに起因して生じることがある。特に、幾つかの再構成アルゴリズム、具体的には再投影一貫性制約を利用しているものは、フィルタリング段階がない場合でも見かけ上高域フィルタ処理がされた再構成されたスライスを生成する。しかしながら、再構成アルゴリズムによって知覚されるフィルタリング処理は、線源１２の走査経路にほぼ平行な方向だけである。この知覚されたフィルタリング処理は、被撮像構造の形状及び方位に関連した最終画像のコントラスト変化をもたらす。特に、再構成されたデータセットは、線源１２の走査経路にほぼ平行に配置された方向に長い構造については、より広範囲のボケとより低いコントラストを示し、該線源１２の走査経路５６にほぼ平行に配置された方向に短い構造については、より局所的な範囲のボケとより高いコントラストを示す。

再構成アルゴリズムにより生じたこの知覚されたフィルタリング処理のために、収集の幾何学的形状、すなわち線源１２の移動と、イメージングボリューム内の内部構造の方位とが不利に相互作用して、画像内のボケ及び他のアーチファクトを生成することがあり、再構成における構造のコントラスト変化が発生する。コントラスト変化及びボケの程度は、線源１２の走査経路に対して概ね平行な方向における構造の長さに比例する。このことは、線源１２の走査経路５６が第１の内部構造６０の長軸５８に対してほぼ平行であることが分かる図３に示される。逆に、走査方向５６は第２の内部構造６４の短軸６２に対してほぼ平行なだけである。長軸５８及び短軸６２と関連した再構成された最終画像におけるコントラスト変化及びボケの程度は、走査経路５６に対する軸５８及び６２のそれぞれの長さ及び実際の方位に対してほぼ直線的に比例することになる。その結果として、同じ構造６０は、その長軸が走査経路５６に対して実質的に平行である場合には、該経路に対して横（例えば、実質的に垂直）である場合よりも、再構成においてはるかに低いコントラストを示すことになる。すなわち、画像ボリュームにおける構造の方位は、再構成された画像における構造について観測されたコントラストを少なくとも部分的に定める。この関係により、線形又は細長い走査経路は、走査経路５６に対して実質的に平行な方向の内部寸法に関連したコントラスト及びボケのアーチファクトを有する再構成画像を生じる。

図４に示される円形の経路６６のような細長くない又は円形の対称的な走査経路を用いることにより、走査経路及び構造の形状及び方位に関連するコントラスト変化が減少する。しかしながら、細長くない又は円形の対称的な走査経路を用いることは、システムの単純性及び構成、又は走査速度の点においては必ずしも好ましくない場合がある。実際、図５に示されるように、線源１２を線形の走査経路５６に限定するトモシンセシスシステム５０が、システムの単純性のためには特に望ましいとすることができる。

例証のために、線形の走査経路５６を一般化された線源の面５４内に生じるものとして説明し図示した。しかしながら、より一般的な線源軌道を用いることもできる。例えば、円弧のように、被撮像構造に対して実質的に線形である非平面の線源軌道を用いてもよい。実際、どのような一般的な３次元の放射線源の軌道も本技法に従って利用することができる。

ここで図６を参照して、再構成アルゴリズムにより生成された、知覚されたフィルタリング効果に起因するコントラストの非対称性に対処する方法をより詳細に述べる。図６に示されるように、収集された投影データ７０は、再構成アルゴリズム７２を適用することにより処理される。再構成プロセスは、再構成された画像ボリューム７６を共に構成する再構成スライス７４を生成する。再構成アルゴリズムにより生じた知覚されたコントラストの非対称性に対処するために、参照番号７８に示されるように、相補フィルタ又は該相補フィルタを構成するフィルタの組み合わせを、再構成されたスライス７４に適用することができる。相補フィルタの適用は、再構成アルゴリズムのみを適用した場合に生成されるコントラストの非対称性をもたないフィルタ処理済みスライス８０をもたらす。

実施の一形態においては、相補フィルタは、ほぼ高域の特性をもった非対称性の線形フィルタとすることができる。本実施の形態においては、相補フィルタは、線源１２の走査経路５６に対して横方向などの一方向にだけ作用することができる。再構成アルゴリズムによりもたらされる認知された高域フィルタリング処理の効果と相補フィルタの効果とが組み合わされることにより、フィルタ処理済みスライス８０は、２つのほぼ直交する方向、すなわち線源１２の走査経路５６に対して平行な方向及び横方向において見かけ上フィルタ処理される。カスタムフィルタは、相補フィルタ、並びにバターワースフィルタのような既知の線形フィルタとして用いることができる。カスタムフィルタが用いられる場合、これらを再構成によりもたらされた見かけ上のフィルタリング処理を相補するように設計して、結果として得られるフィルタ処理済みスライス８０が実質的に対称的な外観をもつようにすることができる。例えば、走査経路５６に対し横方向、例えば実質的に直角方向において、再構成されたスライスの見かけ上の高域フィルタ特性に近似する１次元のフィルタを再構成されたスライス７４に適用して、フィルタ処理済みスライス８０に所望の対称的な特徴をもたらすことができる。

更に、相補フィルタは、結果として得られるフィルタ処理済みスライス８０が軸対称フィルタにより見かけ上フィルタ処理されるように選択又は設計することができる。特に、適切な相補フィルタを軸対称のフィルタリング処理特性をもたらすフーリエ領域において設計することができる。例えば、軸対称のフィルタ又は信号の２次元フーリエ変換は軸対称である。従って、フーリエ領域においては、再構成アルゴリズムによりもたらされたフィルタリング処理特性に近似する１次元の軸対称の対応部分を容易に導き出すことができる。線形フィルタリング処理段階のシーケンスは、これらのフーリエ変換の各々を乗じることと同等であるため、結果として得られる２次元フーリエ変換を用いて、２次元フィルタ又は１次元フィルタの組み合わせを導き出すことができる。この導き出された１つ又は複数のフィルタは、認知された再構成フィルタリング効果と組み合わされると軸対称フィルタにより見かけ上フィルタ処理されたフィルタ処理済みスライス８０を生成する相補フィルタを構成する。軸対称フィルタ効果は、どのような方位においても、構造のコントラストを等しく強調するという特定の利点を有する。

上述の線形フィルタに加えて、非線形の適応性フィルタもまた相補フィルタとして用いることができる。例えば、メジアンフィルタを相補フィルタとして用いることができ、これはエッジ情報を保持しながら画像ノイズを除去する利点をもつことができる。同様に相補フィルタは、高域特性を有し、小さな構造のような所定の大きさ又は所定の形状の構造を強調することができる順序統計量又はロバスト統計量に基づいて設計することができる。同様に、多項式フィルタのような他の種類の非線形フィルタを相補フィルタとして用いることができる。

同様に、このプロセスにおける相補的フィルタリング段階は、高域フィルタとして働くマルチスケールのフィルタリング方法からなることができる。マルチスケールのフィルタリング方法を用いて、所定の大きさの画像構造を選択的に強調することができる。マルチスケールのフィルタリング方法は、ウェーブレット変換、ウェーブレットパケット変換、ラプラシアンピラミッド表現、並びに異なるスケールの適切な平滑化フィルタ及びこのようなフィルタの線形の組み合わせを用いて作ることができる他の方法を含むことができる。一般にマルチスケールのフィルタリング方法を用いて、ある画像を異なるスケールの画像シーケンスに分解することができ、原画像は、適切な方法により異なるスケールの画像を再結合することによって得ることができる。再結合プロセスにおいて異なる重み係数を導入することにより、異なるスケールにおける構造が見かけ上強調又は除去された原画像と同様の画像が得られる。

適切な相補フィルタを選択する際に、インパルス応答のような再構成フィルタ効果における特定の特性のような係数を考慮することができる。これらの特性は、画像収集中、特に投影が収集された角度範囲にわたる画像収集中に用いられる特定のシステムの幾何学的形状によって変化することができる。更に、フィルタの選択は、このような係数を計算速度、空間的又は周波数領域における実行、フィルタのノイズ除去特性、及びボケマスクフィルタのような特別な高域フィルタの望ましさとして考慮することができる。上述の線形、非線形、及びマルチスケールのフィルタリング手法に加えて、再構成７２中に得られ、フィルタ処理済みスライス８０におけるコントラストの対称性が改善された認知されたフィルタ効果を相補する他の種類のフィルタも適切な相補フィルタである。

相補フィルタ７８を再構成されたスライス７４に適用することは、再構成されたスライスにおけるコントラストの対称性を改善する１つの方法であるが、代替的な方法を図７に示す。図７の方法においては、相補フィルタ７８が再構成スライス７４ではなく投影データ７０に適用される。フィルタ処理された投影データセット８２は、相補フィルタを投影データ７０に適用することによりもたらされ、再構成アルゴリズムがこのフィルタ処理された投影データ８２に適用される７２。これにより、再構成されたボリューム７６を構成する再構成されたスライス７４が形成される。再構成プロセス及び相補的なフィルタリング処理プロセスの両方が本質的に線形である限りは、相補フィルタ７８を適用する段階を再構成アルゴリズムの適用７２の前に行うか又はその後に行うかは任意である。しかしながら、計算上の理由のために、相補フィルタは再構成されたスライス７４ではなく投影データ７０に適用することが有利とすることができる。特に、投影の数は、通常再構成されたスライスの数より少ないため、一般に、投影をフィルタリングする方が計算上より効率的である。更に、幾つかの再構成アルゴリズムは、逆投影段階が続くフィルタ処理段階からなることから、再構成の一部であるフィルタリング処理と相補フィルタとを単一のフィルタ段階に統合することが計算上有利になる。

しかしながら、再構成プロセス又は相補的フィルタリング処理プロセスが非線形であるか又は非加算的である場合には、これに応じて、相補フィルタを適用する順序７８及び再構成アルゴリズムを適用する順序７２が選択される。更に、このような非線形の再構成においては、図８に示されるように、相補フィルタを投影データ７０及び再構成スライス７４の両方に適用することが有利とすることができる。このような場合においては、相補フィルタの適用７８は、２つの適用の間で分割することができ、又は別々の相補フィルタをいずれの例にも適用して、フィルタ処理されたスライス８０において所望のコントラストの対称性を得ることができる。

図６、図７、又は図８に関して述べられた技術のいずれかによる相補フィルタの適用は、再構成アルゴリズム又は他の係数に帰属する方位に特有のコントラスト変化を修正する機構をもたらす。これらの技術をコントラストの対称性が最終的な画像にもたらされるように線形又は細長い走査経路５６と共に用いて、これにより画像の診断値を改善することができるようになる。更に、放射線源１２を移動させて、示されたコントラストの非対称性を生成する必要はない。実際、その代わりに患者１８又は検出器２２を放射線源１２に対して移動させることができる。また、上述の技術は、患者１８又は検出器２２が前述の非対称性を生成するように移動される状況に適用可能である。これらの技術は医療用イメージングの関連で述べられたが、非破壊評価及び試験のような他の分野、又は非侵襲性イメージング状況においてもこれらの技術を利用することができる。実際、上述の技術は、投影放射線から被撮像物体についての３次元情報を再構成することを目的とするどのような状況にも適用することができる。

本発明は、種々の修正及び代替的な形態をとる余地があるが、特定の実施形態が図面において例示として示され、ここで詳細に説明された。しかしながら、本発明は、開示された特定の形態に限定されることを意図していないことが理解されるべきである。逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲により定義されるように、本発明の精神及び範囲内に含まれる全ての修正、均等物、及び代替物を含むものとすべきである。

本技術の態様により処理される画像を生成するのに用いられるトモシンセシス・イメージングシステムの形態での例示的なイメージングシステムの概略図。 図１のトモシンセシスシステムの物理的な実施の概略図。 Ｘ線源が線形軌道に沿って移動する図１のトモシンセシスシステムの物理的な実施の別の概略図。 Ｘ線源が被撮像生体組織に対して軸対称の様態で移動することが分かる図２のシステム図。 Ｘ線源が線形の軌道に沿った異なる位置において照射を受けることが分かる図３のトモシンセシスシステムの図。 本技術の実施の一形態により投影データから再構成された画像のボリューム形成を示す状態遷移図。 本技術の別の実施の形態により投影データから再構成された画像のボリューム形成を示す状態遷移図。 本技術の更に別の実施の形態により投影データから再構成された画像のボリューム形成を示す状態遷移図。

符号の説明

１０ システム
１２ Ｘ線源
１６ 放射線のストリーム
１８ 患者
２０ 放射線
２２ 検出器アレイ
２３ コリメータ
２４ システム制御装置
２６ 位置サブシステム
３０ Ｘ線制御装置
３２ モータ制御装置
３４ データ収集システム
３６ コンピュータ
３８ メモリ
４０ オペレータ用ワークステーション
４２ 表示装置
４３ プリンタ
４４ 医用画像管理システム（ＰＡＣＳ）
４６ 遠隔クライアント
５０ トモシンセシス・イメージングシステム
５２ 焦点
５４ 線源の面
５６ 走査経路
７０ 投影データ
７２ 再構成アルゴリズムの適用
７４ 再構成されたスライス
７６ 再構成されたボリューム
７８ 相補フィルタの適用
８０ フィルタ処理されたスライス
８２ フィルタ処理された投影データ

Claims (7)

1. 放射線画像データを処理する方法であって、
   被撮像物体に対して移動する放射線源（１２）の２つ又はそれ以上の対応するビュー角度において得られた前記被撮像物体の２つ又はそれ以上の放射線画像投影（７０）を、前記放射線源（１２）の走査経路（５６）に対してほぼ横方向に高域フィルタ特性を有するフィルタを用いて、フィルタリングし（７８）、
   再構成アルゴリズムをフィルタ処理された投影（８２）に適用して１つ又はそれ以上の再構成されたスライスを形成する（７４）、
   ことを含む方法。
2. 前記再構成アルゴリズムが、前記被撮像物体に対応する被撮像物体がＸ線に曝された場合に前記被撮像物体の最初の画像を再生するものである請求項１に記載の方法。
3. 前記放射線画像投影（７０）をフィルタリングする（７８）ことが、相補フィルタを前記放射線画像投影（７０）に適用することを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記２つ又はそれ以上の放射線画像投影（７０）をフィルタリングする（７８）ことが、前記再構成アルゴリズムにより生成された見かけ上のフィルタ効果と併せて、前記１つ又はそれ以上の再構成されたスライス（７４）における再構成された構造に関連した方位に依存するコントラスト変化を減少させるフィルタを選択することを含む請求項１に記載の方法。
5. 放射線画像データを処理するシステム（１０）であって、
   放射線のストリーム（１６）を生成することができる放射線源（１２）と、
   前記放射線源（１２）に作動的に接続された制御回路（３０）と、
   前記放射線のストリーム（１６、２０）を検出することができ、２つ又はそれ以上の放射線画像投影（７０）を生成する検出器（２２）と、
   前記放射線源、前記検出器、及び患者用プラットフォームの少なくとも１つを変位させるように構成されたモータ制御装置（３２）と、
   前記２つ又はそれ以上の放射線画像投影（７０）を受け取り、前記２つ又はそれ以上の放射線画像投影（７０）を再構成して、被撮像ボリューム内の１つ又はそれ以上の構造を表す１つ又はそれ以上の再構成されたスライス（７４）を形成するように構成され、前記検出器（２２）に作動的に接続された処理回路（２４）と、
   を備え、
   前記処理回路（２４）が、前記放射線源（１２）の走査経路（５６）に対して横方向に高域フィルタ特性を有する、少なくとも１つのフィルタを、前記２つ又はそれ以上の放射線画像投影（７０）と前記２つ又はそれ以上の再構成されたスライス（７４）との少なくとも１つに適用し、
   前記システムが更に、
   前記１つ又はそれ以上の再構成されたスライス（７４）を表示するように構成され、前記処理回路（２４）に作動的に接続されたオペレータ用ワークステーションを備えることを特徴とするシステム。
6. 前記処理回路（２４）が前記被撮像物体に対応する被撮像物体がＸ線に曝された場合に前記被撮像物体の最初の画像を再生する再構成アルゴリズムを適用（７２）し、前記２つ又はそれ以上の放射線画像投影（７０）を再構成する請求項５に記載のシステム（１０）。
7. 前記１つ又はそれ以上の再構成されたスライス（７４）のコントラストが前記被撮像構造の方位とは独立している請求項５に記載のシステム（１０）。
   

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