(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心領域を撮像する撮像システムであって：
−  前記関心領域を相異なる方向から照射するコーンビームを生成する照射ユニット、
−  前記関心領域を横切った後の前記コーンビームから検出値を生成する検出ユニット、
−  相異なる方向からの検出値をグループ分けするグループ化ユニットであり、各グループが少なくとも１つのα検出値及び少なくとも１つのβ検出値を有する、グループ化ユニット、
−  グループの前記少なくとも１つのα検出値に関する少なくとも１つのαアパーチャ加重値を、アパーチャ内の、前記少なくとも１つのα検出値に対応する少なくとも１つの光線の少なくとも１つの位置を用いて決定するα決定ユニットであり、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を：
−  前記少なくとも１つのα検出値の投影角に対してπの倍数だけ異なる投影角を各々が有する冗長な検出値を決定する段階、
−  前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長な検出値に対応する冗長光線の位置を決定する段階、
−  決定された冗長光線の位置に対して、前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長な検出値の各々にアパーチャ加重値を割り当てる段階、
−  割り当てられたアパーチャ加重値を正規化する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に割り当てられた正規化されたアパーチャ加重値を、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値とする、正規化する段階、
に従って決定するように適応されているα決定ユニット、
−  グループの前記少なくとも１つのβ検出値に関する少なくとも１つのβアパーチャ加重値を、該グループの前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を用いて近似的に決定するβ決定ユニット、
−  決定された前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値及び前記少なくとも１つのβアパーチャ加重値を用いて、前記検出値のアパーチャ重み付けを行うアパーチャ重み付けユニット、
−  重み付けられた検出値を逆投影することによって前記関心領域を再構成する再構成ユニット、
を有する撮像システム。
【請求項２】
当該撮像システムは、前記冗長な検出値を決定する冗長検出値決定ユニットを有し、前記グループ化ユニットは、決定された冗長な検出値が複数のグループに分散されるように前記検出値をグループ分けするように適応されている、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
前記α決定ユニットは、アパーチャ重み関数を用いることによってアパーチャ加重値を割り当てるように適応されており、前記アパーチャ重み関数は、前記アパーチャの中央部のα検出値及び冗長な検出値に、より大きいアパーチャ加重値が割り当てられ、前記アパーチャに関して最も外側の部分のα検出値及び冗長な検出値に、より小さいアパーチャ加重値が割り当てられるよう定められる、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記グループ化ユニットは、各グループが少なくとも２つのα検出値を有するように適応されており、前記β決定ユニットは、グループの前記少なくとも１つのβアパーチャ加重値を、該グループの前記αアパーチャ加重値を用いた補間によって決定するように適応されている、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項５】
当該撮像システムは、前記冗長な検出値を決定する冗長検出値決定ユニットを有し、前記β決定ユニットは、グループの前記βアパーチャ加重値のうちの少なくとも１つを、対応する冗長な検出値の前記少なくとも１つのβアパーチャ加重値が正規化されるような補間によって決定するように適応されている、請求項４に記載の撮像システム。
【請求項６】
前記グループ化ユニットは、各グループが少なくとも２つのα検出値を有するように適応されており、当該撮像システムは、各グループの前記少なくとも２つのα検出値が前記相異なる方向に関する最初及び最後の検出値を有するように適応されている、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項７】
当該撮像システムは更に、前記関心領域内の動きを検出する動き検出ユニットを有し、前記検出値は検出された動きに関して重み付けられる、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項８】
検出値から関心領域の画像を生成する画像生成装置であって、前記検出値は、前記関心領域を横切った後のコーンビームから生成され、前記コーンビームは、前記関心領域を相異なる方向から照射するように照射ユニットによって生成され、当該画像生成装置は：
−  相異なる方向からの検出値をグループ分けするグループ化ユニットであり、各グループが少なくとも１つのα検出値及び少なくとも１つのβ検出値を有する、グループ化ユニット、
−  グループの前記少なくとも１つのα検出値に関する少なくとも１つのαアパーチャ加重値を、アパーチャ内の、前記少なくとも１つのα検出値に対応する少なくとも１つの光線の少なくとも１つの位置を用いて決定するα決定ユニットであり、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を：
−  前記少なくとも１つのα検出値の投影角に対してπの倍数だけ異なる投影角を各々が有する冗長な検出値を決定する段階、
−  前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長な検出値に対応する冗長光線の位置を決定する段階、
−  決定された冗長光線の位置に対して、前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長な検出値の各々にアパーチャ加重値を割り当てる段階、
−  割り当てられたアパーチャ加重値を正規化する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に割り当てられた正規化されたアパーチャ加重値を、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値とする、正規化する段階、
に従って決定するように適応されているα決定ユニット、
−  グループの前記少なくとも１つのβ検出値に関する少なくとも１つのβアパーチャ加重値を、該グループの前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を用いて近似的に決定するβ決定ユニット、
−  決定された前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値及び前記少なくとも１つのβアパーチャ加重値を用いて、前記検出値のアパーチャ重み付けを行うアパーチャ重み付けユニット、
−  重み付けられた検出値を逆投影することによって前記関心領域を再構成する再構成ユニット、
を有する、画像生成装置。
【請求項９】
関心領域を撮像する方法であって：
−  照射ユニットにより、前記関心領域を相異なる方向から照射するためのコーンビームを生成する段階、
−  検出ユニットにより、前記関心領域を横切った後の前記コーンビームから検出値を生成する段階、
−  グループ化ユニットにより、相異なる方向からの検出値をグループ分けする段階であり、各グループが少なくとも１つのα検出値及び少なくとも１つのβ検出値を有する段階、
−  α決定ユニットにより、グループの前記少なくとも１つのα検出値に関する少なくとも１つのαアパーチャ加重値を、アパーチャ内の、前記少なくとも１つのα検出値に対応する少なくとも１つの光線の少なくとも１つの位置を用いて決定する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値が：
−  前記少なくとも１つのα検出値の投影角に対してπの倍数だけ異なる投影角を各々が有する冗長な検出値を決定する段階、
−  前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長な検出値に対応する冗長光線の位置を決定する段階、
−  決定された冗長光線の位置に対して、前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長な検出値の各々にアパーチャ加重値を割り当てる段階、
−  割り当てられたアパーチャ加重値を正規化する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に割り当てられた正規化されたアパーチャ加重値を、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値とする、正規化する段階、
に従って決定される段階、
−  β決定ユニットにより、グループの前記少なくとも１つのβ検出値に関する少なくとも１つのβアパーチャ加重値を、該グループの前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を用いて近似的に決定する段階、
−  アパーチャ重み付けユニットにより、決定された前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値及び前記少なくとも１つのβアパーチャ加重値を用いて、グループ分けされた検出値のアパーチャ重み付けを行う段階、
−  再構成ユニットにより、重み付けられた検出値を逆投影することによって前記関心領域を再構成する段階、
を有する方法。
【請求項１０】
検出値から関心領域の画像を生成する画像生成方法であって、前記検出値は、前記関心領域を横切った後のコーンビームから生成され、前記コーンビームは、前記関心領域を相異なる方向から照射するように照射ユニットによって生成され、当該画像生成方法は：
−  相異なる方向からの検出値をグループ分けする段階であり、各グループが少なくとも１つのα検出値及び少なくとも１つのβ検出値を有する段階、
−  グループの前記少なくとも１つのα検出値に関する少なくとも１つのαアパーチャ加重値を、アパーチャ内の、前記少なくとも１つのα検出値に対応する少なくとも１つの光線の少なくとも１つの位置を用いて決定する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値が：
−  前記少なくとも１つのα検出値の投影角に対してπの倍数だけ異なる投影角を各々が有する冗長な検出値を決定する段階、
−  前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長な検出値に対応する冗長光線の位置を決定する段階、
−  決定された冗長光線の位置に対して、前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長な検出値の各々にアパーチャ加重値を割り当てる段階、
−  割り当てられたアパーチャ加重値を正規化する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に割り当てられた正規化されたアパーチャ加重値を、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値とする、正規化する段階、
に従って決定される段階、
−  グループの前記少なくとも１つのβ検出値に関する少なくとも１つのβアパーチャ加重値を、該グループの前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を用いて近似的に決定する段階、
−  決定された前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値及び前記少なくとも１つのβアパーチャ加重値を用いて、グループ分けされた検出値のアパーチャ重み付けを行う段階、
−  重み付けられた検出値を逆投影することによって前記関心領域を再構成する段階、
を有する、画像生成方法。
【請求項１１】
関心領域を撮像するためのコンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムが請求項１に記載の撮像システムを制御するコンピュータ上で実行されるとき、該撮像システムに請求項９に記載の方法の段階群を実行させるプログラムコードを有する、コンピュータプログラム。
【請求項１２】
関心領域の画像を生成するためのコンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムが請求項８に記載の画像生成装置を制御するコンピュータ上で実行されるとき、該コンピュータに請求項１０に記載の画像生成方法の段階群を実行させるプログラムコードを有する、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関心領域を撮像する撮像システム、撮像方法、及びコンピュータプログラムに関する。本発明は更に、関心領域の画像を生成する画像生成装置、画像生成方法、及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の撮像システムは、撮像領域を異なる方向から照射するコーンビームを生成する照射ユニットと、関心領域を横切った後のコーンビームから検出値を生成する検出ユニットとを有する。これら既知の撮像システムは更に、生成された検出値を逆投影することによって関心領域を再構成する再構成ユニットを有する。検出値が逆投影されるのに先立ち、検出値のアパーチャ重み付けが実行される。このアパーチャ重み付けは、コーンビームの円錐角によって生じるアーチファクトを抑制するが、大きい計算コスト及びかなりのハードウェア資源量を必要とする。
【０００３】
非特許文献１は、遡及的（レトロスペクティブ）ゲーティングによる心臓３次元コンピュータ断層撮影に使用されるフィルタ補正逆投影方式の３次元再構成アルゴリズムを開示している。アパーチャ重み付け心臓再構成（aperture  weighted  cardiac  reconstruction；ＡＷＣＲ）と呼ばれるこの方法は、低ピッチ・ヘリカル・コーンビーム収集の結果として生じる対象点のいくつかの照射期間を取り扱うことが可能である。アパーチャ重み付けは、検出器上の検出値の位置に依存する台形状のアパーチャ重み関数に従って各検出値のアパーチャ加重が計算されるようにして用いられている。この台形状のアパーチャ重み関数は、検出器の中心部の検出値に対して値１を有し、検出器の境界部で値０（ゼロ）になるよう線形に減少している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】P.  Koken、M.  Grass、「Aperture  weighted  cardiac  reconstruction  for  cone-beam  CT」、Phys.  Med.  Biol.、2006年、第51巻、p.3433-3448
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、アパーチャ重み付けのための計算コスト及び必要とされるハードウェア資源量が低減されるような、関心領域を撮像する撮像システム、撮像方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。本発明は更に、それに対応する、関心領域の画像を生成する画像生成装置、画像生成方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様において、関心領域を撮像する撮像システムが提示される。当該撮像システムは：
−  関心領域を相異なる方向から照射するコーンビームを生成する照射ユニット、
−  関心領域を横切った後のコーンビームから検出値を生成する検出ユニット、
−  相異なる方向からの検出値をグループ分けするグループ化ユニットであり、各グループが少なくとも１つのα検出値及び少なくとも１つのβ検出値を有する、グループ化ユニット、
−  グループの前記少なくとも１つのα検出値に関する少なくとも１つのαアパーチャ加重値を、アパーチャ内の、前記少なくとも１つのα検出値に対応する少なくとも１つの光線の少なくとも１つの位置を用いて決定するα決定ユニットであり、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を：
−  前記少なくとも１つのα検出値に対して冗長な冗長値を決定する段階、
−  前記少なくとも１つのα検出値及び冗長値に対応する冗長光線の位置を決定する段階、
−  決定された冗長光線の位置に対して、前記少なくとも１つのα検出値及び冗長値の各々にアパーチャ加重値を割り当てる段階、
−  割り当てられたアパーチャ加重値を正規化する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に割り当てられた正規化されたアパーチャ加重値を、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値とする、正規化する段階、
に従って決定するように適応されているα決定ユニット、
−  グループの前記少なくとも１つのβ検出値に関する少なくとも１つのβアパーチャ加重値を、該グループの前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を用いて近似的に決定するβ決定ユニット、
−  決定された前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値及び前記少なくとも１つのβアパーチャ加重値を用いて、検出値のアパーチャ重み付けを行うアパーチャ重み付けユニット、
−  重み付けられた検出値を逆投影することによって関心領域を再構成する再構成ユニット、
を有する。
【０００７】
用語“α”及び“β”は、異なる検出値、決定ユニット、及びアパーチャ加重値を区別することのためだけに使用される。
【０００８】
検出値は、関心領域を横切った後のコーンビームの放射線に依存する値である。
【０００９】
本発明は、検出値は少なくとも１つのα検出値及び少なくとも１つのβ検出値にグループ化され、この少なくとも１つのα検出値に対して、例えば既知のアパーチャ重み付け手順を用いることによって、アパーチャ内の少なくとも１つの光線の位置を用いて、少なくとも１つのαアパーチャ加重値が決定され、且つ、この少なくとも１つのβ検出値に対して、上記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を用いて、少なくとも１つのβアパーチャ加重値が近似的に決定される、すなわち、少なくとも１つのβアパーチャ加重値の決定のためには、上記少なくとも１つのβ検出値に対応するアパーチャ内の光線の位置は決定されない、という考えに基づく。これにより、上記少なくとも１つのβアパーチャ加重値を決定するために必要な計算コスト、ひいては、アパーチャ加重値を決定するための総計算コストが削減される。さらに、これにより、アパーチャ重み付けに必要なハードウェア資源が削減される。
【００１０】
好ましくは、グループ化ユニットは、各グループが少なくとも２つのα検出値と少なくとも２つのβ検出値を有するように適応される。この場合、α決定ユニットが、上記少なくとも２つのα検出値に対応するアパーチャ内の光線の位置を用いることにより、グループの各α検出値に対してαアパーチャ加重値が決定される。そして、これら決定されたαアパーチャ加重値は、β決定ユニットにより、それぞれのグループのβ検出値に対するβアパーチャ加重値を近似的に決定するために使用される。
【００１１】
好ましくは、撮像システムは、冗長な検出値を決定する冗長検出値決定ユニットを有し、グループ化ユニットは、決定された冗長な検出値が複数のグループに分散されるように検出値をグループ分けするように適応される。アパーチャ重み付け手順において冗長な検出値も考慮されなければならない場合、アパーチャ重み付け手順は、特に時間を消費するもの、すなわち、特に高い計算コストを要するものである。この計算コストは、決定された冗長な検出値が幾つかのグループに分散されるように検出値をグループ分けすることによって、効果的に削減され得る。
【００１２】
α決定ユニットにより実行される段階群は、本発明に従って使用される場合に、アパーチャ重み付けの総計算コストを既知のアパーチャ重み付け手順と比較して大幅に削減させながら高品質の再構成画像を生じさせるαアパーチャ加重値を生み出す。
【００１３】
更に好ましくは、α決定ユニットは、アパーチャ重み関数を用いることによってアパーチャ加重値を割り当てるように適応され、アパーチャ重み関数は、アパーチャの中央部のα検出値及び冗長値に、より大きいアパーチャ加重値が割り当てられ、アパーチャに関して最も外側の部分のα検出値及び冗長値に、より小さいアパーチャ加重値が割り当てられるよう定められる。アパーチャの中央部の光線は、すなわち、アパーチャの中央部の光線に対応するα検出値及び冗長値は、最外部の光線より、すなわち、アパーチャに関して最外部の光線に対応するα検出値及び冗長値より、小さい円錐角を有するので、アパーチャの中央部のα検出値及び冗長値により生成されるアーチファクトは、アパーチャに関して最外部のα検出値及び冗長値のアーチファクトより小さいはずである。故に、提案のアパーチャ重み関数はアパーチャ重み付け、そして最終的な再構成画像の品質を向上させる。
【００１４】
更に好ましくは、アパーチャに関して最も外側の部分のα検出値及び冗長値にゼロが割り当てられる。更に好ましくは、アパーチャの中央部のα検出値及び冗長値に、最大のアパーチャ加重値が割り当てられる。
【００１５】
一実施形態において、グループ化ユニットは、各グループが少なくとも２つのα検出値を有するように適応され、β決定ユニットは、グループの上記少なくとも１つのβアパーチャ加重値を、そのグループのαアパーチャ加重値を用いた補間によって決定するように適応される。補間によるβアパーチャ加重値の決定は、βアパーチャ値の決定ひいては全体的なアパーチャ重み付けの計算コストを更に削減することを可能にする。
【００１６】
更に好ましくは、撮像システムは、冗長な検出値を決定する冗長検出値決定ユニットを有し、β決定ユニットは、グループのβアパーチャ加重値を、対応する冗長な検出値のβアパーチャ加重値が正規化されるような補間によって決定するように適応される。この実施形態によれば、βアパーチャ加重値の更なる正規化は不要であり、アパーチャ重み付け手順の計算コストが更に削減される。
【００１７】
更に好ましくは、グループ化ユニットは、各グループが少なくとも２つのα検出値を有するように適応され、撮像システムは、各グループの上記少なくとも２つのα検出値が相異なる方向に関する最初及び最後の検出値を有するように適応される。これら２つのα検出値はそれぞれのグループの相異なる方向の全範囲をカバーするので、βアパーチャ値を決定するために対応するαアパーチャ値を使用することは、最終的な再構成画像の品質を更に高めるβアパーチャ値を生じさせる。
【００１８】
一実施形態において、撮像システムは更に、関心領域内の動きを検出する動き検出ユニットを有し、検出値は検出された動きに関して重み付けられる。これにより、再構成中に関心領域内の動きを考慮することが可能になる。これは、例えばヒトの心臓又はその一部が関心領域内に存在する場合など、動く要素が関心領域内に存在する場合に、最終的な再構成画像の品質を更に高める。
【００１９】
本発明の更なる一態様において、検出値から関心領域の画像を生成する画像生成装置が提示される。検出値は、関心領域を横切った後のコーンビームから生成され、コーンビームは、関心領域を相異なる方向から照射するように照射ユニットによって生成される。当該画像生成装置は：
−  相異なる方向からの検出値をグループ分けするグループ化ユニットであり、各グループが少なくとも１つのα検出値及び少なくとも１つのβ検出値を有する、グループ化ユニット、
−  グループの前記少なくとも１つのα検出値に関する少なくとも１つのαアパーチャ加重値を、アパーチャ内の、前記少なくとも１つのα検出値に対応する少なくとも１つの光線の少なくとも１つの位置を用いて決定するα決定ユニットであり、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を：
−  前記少なくとも１つのα検出値に対して冗長な冗長値を決定する段階、
−  前記少なくとも１つのα検出値及び冗長値に対応する冗長光線の位置を決定する段階、
−  決定された冗長光線の位置に対して、前記少なくとも１つのα検出値及び冗長値の各々にアパーチャ加重値を割り当てる段階、
−  割り当てられたアパーチャ加重値を正規化する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に割り当てられた正規化されたアパーチャ加重値を、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値とする、正規化する段階、
に従って決定するように適応されているα決定ユニット、
−  グループの前記少なくとも１つのβ検出値に関する少なくとも１つのβアパーチャ加重値を、該グループの前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を用いて近似的に決定するβ決定ユニット、
−  決定された前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値及び前記少なくとも１つのβアパーチャ加重値を用いて、検出値のアパーチャ重み付けを行うアパーチャ重み付けユニット、
−  重み付けられた検出値を逆投影することによって関心領域を再構成する再構成ユニット、
を有する。
【００２０】
本発明の更なる一態様において、関心領域を撮像する方法が提示される。当該撮像方法は：
−  照射ユニットにより、関心領域を相異なる方向から照射するためのコーンビームを生成する段階、
−  検出ユニットにより、関心領域を横切った後のコーンビームから検出値を生成する段階、
−  グループ化ユニットにより、相異なる方向からの検出値をグループ分けする段階であり、各グループが少なくとも１つのα検出値及び少なくとも１つのβ検出値を有する段階、
−  α決定ユニットにより、グループの前記少なくとも１つのα検出値に関する少なくとも１つのαアパーチャ加重値を、アパーチャ内の、前記少なくとも１つのα検出値に対応する少なくとも１つの光線の少なくとも１つの位置を用いて決定する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値が：
−  前記少なくとも１つのα検出値に対して冗長な冗長値を決定する段階、
−  前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長値に対応する冗長光線の位置を決定する段階、
−  決定された冗長光線の位置に対して、前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長値の各々にアパーチャ加重値を割り当てる段階、
−  割り当てられたアパーチャ加重値を正規化する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に割り当てられた正規化されたアパーチャ加重値を、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値とする、正規化する段階、
に従って決定される段階、
−  β決定ユニットにより、グループの前記少なくとも１つのβ検出値に関する少なくとも１つのβアパーチャ加重値を、該グループの前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を用いて近似的に決定する段階、
−  アパーチャ重み付けユニットにより、決定された前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値及び前記少なくとも１つのβアパーチャ加重値を用いて、グループ分けされた検出値のアパーチャ重み付けを行う段階、
−  再構成ユニットにより、重み付けられた検出値を逆投影することによって関心領域を再構成する段階、
を有する。
【００２１】
本発明の更なる一態様において、検出値から関心領域の画像を生成する画像生成方法が提示される。検出値は、関心領域を横切った後のコーンビームから生成され、コーンビームは、関心領域を相異なる方向から照射するように照射ユニットによって生成される。当該画像生成方法は：
−  相異なる方向からの検出値をグループ分けする段階であり、各グループが少なくとも１つのα検出値及び少なくとも１つのβ検出値を有する段階、
−  グループの前記少なくとも１つのα検出値に関する少なくとも１つのαアパーチャ加重値を、アパーチャ内の、前記少なくとも１つのα検出値に対応する少なくとも１つの光線の少なくとも１つの位置を用いて決定する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値が：
−  前記少なくとも１つのα検出値に対して冗長な冗長値を決定する段階、
−  前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長値に対応する冗長光線の位置を決定する段階、
−  決定された冗長光線の位置に対して、前記少なくとも１つのα検出値及び前記冗長値の各々にアパーチャ加重値を割り当てる段階、
−  割り当てられたアパーチャ加重値を正規化する段階であり、前記少なくとも１つのα検出値に割り当てられた正規化されたアパーチャ加重値を、前記少なくとも１つのα検出値に関する前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値とする、正規化する段階、
に従って決定される段階、
−  グループの前記少なくとも１つのβ検出値に関する少なくとも１つのβアパーチャ加重値を、該グループの前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値を用いて近似的に決定する段階、
−  グループ分けされた検出値のアパーチャ重み付けを行う段階であり、アパーチャ重み付けユニットが、決定された前記少なくとも１つのαアパーチャ加重値及び前記少なくとも１つのβアパーチャ加重値を用いて検出値を重み付けるように適応される段階、
−  重み付けられた検出値を逆投影することによって関心領域を再構成する段階、
を有する。
【００２２】
本発明の更なる一態様において、関心領域を撮像するためのコンピュータプログラムが提示される。当該コンピュータプログラムは、請求項１に記載の撮像システムを制御するコンピュータ上で実行されるとき、該撮像システムに請求項９に記載の方法の段階群を実行させるプログラムコードを有する。
【００２３】
本発明の更なる一態様において、関心領域の画像を生成するためのコンピュータプログラムが提示される。当該コンピュータプログラムは、請求項８に記載の画像生成装置を制御するコンピュータ上で実行されるとき、該コンピュータに請求項１０に記載の画像生成方法の段階群を実行させるプログラムコードを有する。
【００２４】
本発明の好適実施形態が従属請求項にて規定される。理解されるように、請求項１に係る撮像システム、請求項８に係る画像生成装置、請求項９に係る撮像方法、請求項１０に係る画像生成方法、請求項１１に係るコンピュータプログラム、及び請求項１２に係るコンピュータプログラムは、従属請求項にて規定されるのと同様且つ／或いは同一の好適実施形態を有する。
【００２５】
理解されるように、従属請求項とそれぞれの独立請求項との組み合わせも本発明の好適実施形態となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明のこれら及び更なる態様は、以下にて説明する実施形態を参照することにより明らかになる。
【図１】本発明に従った関心領域を撮像する撮像システムの一実施形態を概略的に示す図である。
【図２】本発明に従った画像生成装置の一実施形態を概略的に示す図である。
【図３】本発明に従った関心領域を撮像する方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。
【図４】関心領域のボクセルの照射期間、投影角及びグループを概略的に示す図である。
【図５】検出値の位置が示される２次元検出器、及びアパーチャ重み付けを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、この実施形態においてはＣＴシステムである撮像システムを示している。ＣＴシステムは、ｚ方向に平行に延在する回転軸Ｒの周りを回転することが可能なガントリー１を含んでいる。ガントリー１には、この実施形態においてはＸ線管２である照射ユニット２が取り付けられている。Ｘ線管はコリメータ装置３を備えており、コリメータ装置３は、Ｘ線管２によって生成された放射線から円錐状の放射線ビーム４（コーンビーム）を形成する。放射線は、円筒形の検査区画５内の関心領域内で、例えば患者などの対象物（図示せず）を横切る。Ｘ線ビーム４は、検査区画５を横切った後、ガントリー１に取り付けられた２次元検出器であるＸ線検出ユニット６に入射する。
【００２８】
ガントリー１は、モータ７によって、好ましくは一定であるが調整可能な角速度で駆動される。検査区画５内の患者台上に配置された例えば患者といった対象物を、回転軸Ｒすなわちｚ軸の方向に平行に変位させるため、更なるモータ８が設けられている。これらのモータ７、８は、例えば、照射ユニット２と検査区画５とが螺旋軌道に沿って相対的に移動するよう、制御ユニット９によって制御される。しかしながら、対象物又は検査区画５は移動されずにＸ線管２が回転されるのみとすること、すなわち、照射ユニット２と検査区画５とが円形軌道に沿って相対的に移動することも可能である。
【００２９】
モータ７、８、ガントリー１、及び選択的に患者台は、関心領域が照射ユニット２によって異なる方向から照射されることを可能にする移動ユニットを形成する。
【００３０】
検出ユニット６によって収集された検出値であるデータは、関心領域の画像を生成する画像生成装置１０に与えられる。再構成された画像が、最終的に、画像を表示するディスプレイ１１に提供され得る。好ましくは、画像生成装置１０も制御ユニット９によって制御される。代替的に、あるいは加えて、画像生成装置１０は、画像生成装置１０のみを制御する制御ユニットを有してもよい。
【００３１】
画像生成装置１０は、図２に概略的に示されており、グループ化ユニット１２、α決定ユニット１３、β決定ユニット１５、アパーチャ重み付けユニット１６、及び再構成ユニット１７を有する。
【００３２】
グループ化ユニット１２は、異なる方向からの検出値をグループ分け、すなわち、選択的に異なる投影からの検出値をグループ分けするように適応されている。このとき、各グループは少なくとも２つの検出値及び複数のβ検出値を有するようにされる。故に、各グループは、１つのグループの各値が１つの異なる投影に対応するよう、選択的に少なくとも２つの異なる投影からのα検出値及び異なる投影からのβ検出値を有する。
【００３３】
他の一実施形態においては、グループ化ユニットは、１つのグループが１つのα検出値及び少なくとも１つの更なるβ検出値を有するように適応されてもよい。この場合、そのグループのα検出値に対してαアパーチャ加重値が決定され、β決定ユニットは、少なくとも１つのβアパーチャ加重値がそれぞれのグループのαアパーチャ加重値に等しくなるように適応され得る。
【００３４】
α決定ユニット１３は、或るグループの少なくとも２つのα検出値に対するαアパーチャ加重値を、アパーチャ内の、該少なくとも２つのα検出値に対応する光線の位置を用いて決定するように適応されている。αアパーチャ加重値の決定は、例えば、米国特許出願公開第２００４／００７６２６５号明細書に記載されるように実行され得る。なお、この文献をここに援用する。αアパーチャ加重値の好適な決定について更に後述する。
【００３５】
β決定ユニット１５は、或るグループの上記β検出値に対するβアパーチャ加重値を、そのグループのαアパーチャ加重値を用いて近似的に決定するように適応されている。この近似的な決定は選択的に、補間によって実行される。この補間についても更に詳細に後述する。
【００３６】
アパーチャ重み付けユニット１６は、決定されたα及びβの加重値を用いて検出値をアパーチャ重み付けするように適応されている。このアパーチャ重み付けは選択的に、検出値に、対応するそれぞれα又はβのアパーチャ加重値を乗算することによって実行される。再構成ユニット１７は、重み付けられた検出値を逆投影することによって関心領域を再構成するように適応されている。
【００３７】
この実施形態において、撮像システムは更に、関心領域内の動きを決定するためのユニット１４を有する。関心領域が移動要素を含む場合、ユニット１４は、関心領域内の移動要素の動きに対応する移動値を生成する。ユニット１４は、例えば、特に患者の心臓又は心臓の一部が関心領域内に存在する場合、関心領域内に存在する患者に接続された心電計である。ユニット１４によって生成された移動値は画像生成装置１０に伝送され、画像生成装置１０は、再構成画像の品質を改善するために該移動値を用いることができる。これについては更に詳細に後述する。
【００３８】
関心領域内の動きを決定するユニット１４も選択的に、制御ユニット９によって制御される。移動値は画像生成装置１０に直接的に伝送されてもよいし、制御ユニット９を介して伝送されてもよい。
【００３９】
続いて、図３に示したフローチャートを参照して、本発明に従った関心領域を撮像する方法の一実施形態を更に詳細に説明する。
【００４０】
段階１０１における撮像システムの初期化の後、段階１０２にて検出値が収集される。検出値の収集のため、Ｘ線管２は関心領域の周りを回転し、関心領域又は対象物は移動されない。すなわち、Ｘ線管２は関心領域の周りの円形軌道に沿って進行する。代替的に、他の一実施形態においては、Ｘ線管２は関心領域の周りを回転し、関心領域又は対象物はｚ方向に平行に移動される。すなわち、Ｘ線管２は螺旋軌道に沿って進行する。関心領域又は対象物は、例えば、患者などの対象物が配置された患者台を動かすことによって移動されることが可能である。
【００４１】
Ｘ線管２が関心領域の周りを回転するので、検出値は異なる方向から収集される。
【００４２】
好ましくは段階１０２にて、関心領域内の動きを決定するユニット１４によって移動値も収集される。移動値は、例えば心電図の値であり、ユニット１４から画像生成装置１０に伝送される。検出値も画像生成装置１０に伝送される。
【００４３】
段階１０３にて、グループ化ユニット１２の冗長検出値決定ユニット１８が、冗長な検出値を決定する。冗長検出値決定ユニット１８は、画像生成装置１０内あるいは撮像システム内の別個のユニットであってもよい。すなわち、冗長検出値決定ユニットは必ずしも、グループ化ユニット１２の一部である必要はない。冗長な検出値は、再構成されなければならない関心領域のボクセルごとに決定される。これについて、図４を参照して更に詳細に説明する。
【００４４】
図４は、関心領域の或るボクセルに関して、投影角φに依存した照射期間１９を概略的に示している。投影角φは、それぞれのボクセルから見た、検出値に対応する光線の角度である。図４においては、４つの投影角φ、φ＋π、φ＋２π、及びφ＋３πが示されている。これらの投影角に対応する光線はそれぞれのボクセルを相等しい方向又は反対方向から照射する。すなわち、これらに対応する検出値は冗長である。
【００４５】
さらに、段階１０３にて、グループ化ユニット１２が検出値を、決定された冗長な検出値が複数のグループに分散されるようにグループ分けする。これは、この実施形態において、各グループは互いに冗長でない検出値で構成されることを意味する。例えば、図４を参照するに、或る特定のボクセルに関して、投影角φに対応する検出値は第１のグループｇ１に入れられ、投影角φ＋πに対応する検出値は第２のグループｇ２に入れられ、投影角φ＋２πに対応する検出値は第３のグループｇ３に入れられ、そして、投影角φ＋３πに対応する検出値は第４のグループｇ４に入れられる。
【００４６】
本発明は各グループの角度範囲がπであることに限定されない。各グループは別の角度範囲に及んでもよい。
【００４７】
逆投影は計算的に難しい作業である。故に、この作業のために一般的にハードウェアアクセラレータが用いられる。そのような専用ハードウェアにおいては、幾つかの投影の逆投影を並列に実行することが可能である。この並列処理は、ハードウェアが並列に処理可能な投影数をＮとしたとき、好適には、Ｎ個の投影を含む複数のグループに投影データがグループ分けされることを暗示する。故に、複数のグループが選択的に、各グループの使用、すなわち、各グループの検出値群が並列に逆投影され得るように生成される。
【００４８】
この実施形態において、或るグループ内のそれぞれのボクセルの、異なる方向に関するすなわち異なる投影角に関する、最初及び最後の検出値はα検出値として定められる。或るボクセルの異なる投影角に関するこれらα検出値間に位置するその他の検出値は、β検出値として定められる。
【００４９】
必ずしもそうである必要はないが、好ましくは、或る角度の或る特定の投影が或るグループのα検出値であるときは常に、全ての冗長な投影（ｋを任意の整数として、角度φ＋ｋπ）がそれら自身のグループのα検出値となるよう、グループ分けが実行される。
【００５０】
４つの異なるグループｇ１、ｇ２、ｇ３、ｇ４を図４に例示する。これらグループｇ１、ｇ２、ｇ３、ｇ４は、それぞれ、検出値ｆ１０、ｆ１１、・・・、ｆ１Ｍ；ｆ２０、ｆ２１、・・・、ｆ２Ｍ；ｆ３０、ｆ３１、・・・、ｆ３Ｍ；ｆ４０、ｆ４１、・・・、ｆ４Ｍで構成されている。各グループは非冗長検出値のみを有する。各グループのα検出値は、それぞれ、ｆ１０、ｆ１Ｍ；ｆ２０、ｆ２Ｍ；ｆ３０、ｆ３Ｍ；ｆ４０、ｆ４Ｍで指定される。これらα検出値の間の検出値ｆ１１、・・・、ｆ１Ｍ−１；ｆ２１、・・・、ｆ２Ｍ−１；ｆ３１、・・・、ｆ３Ｍ−１；ｆ４１、・・・、ｆ４Ｍ−１がβ検出値である。
【００５１】
グループ化ユニット１２は、関心領域内の各ボクセルに対して、少なくとも２つのα検出値及びβ検出値を有する検出値の複数のグループを定める。
【００５２】
段階１０４にて、α決定ユニット１３が各グループのα検出値ｆ１０、ｆ１Ｍ；ｆ２０、ｆ２Ｍ；ｆ３０、ｆ３Ｍ；ｆ４０、ｆ４Ｍのαアパーチャ加重値を決定する。このとき、アパーチャ内の、α検出値ｆ１０、ｆ１Ｍ；ｆ２０、ｆ２Ｍ；ｆ３０、ｆ３Ｍ；ｆ４０、ｆ４Ｍに対応する光線群の位置が用いられる。α検出値のαアパーチャ加重値を決定するため、α検出値に関して冗長な検出値が考慮される。例えば、α検出値ｆ１０のαアパーチャ加重値を決定するため、検出値ｆ２０、ｆ３０、ｆ４０が考慮される。これらの検出値に対応する投影角はπの倍数である角度だけ異なる、すなわち、これらの検出値ｆ１０、ｆ２０、ｆ３０、ｆ４０は互いに冗長であるからである。
【００５３】
続いて、図５を参照して、α検出値の決定を説明する。
【００５４】
図５は、関心領域内のそれぞれのボクセルに関して検出値ｆ１０、ｆ２０、ｆ３０、ｆ４０の位置が指し示される２次元検出器６を概略的に示している。検出器６上の位置は、ｚ軸すなわち回転軸に平行なｖ軸とｖ軸に垂直なｕ軸とを有する座標系を用いることによって定めることができる。
【００５５】
検出値ｆ１０、ｆ２０、ｆ３０、ｆ４０は互いに冗長である。故に、これらα検出値の１つに関してαアパーチャ加重値が決定されなければならない場合、これら検出値のうちの他の検出値は冗長値と見なし得る。これら冗長値及びそれぞれのα検出値に対応する光線は冗長光線と見なし得る。これら冗長光線の位置は、検出器６上のそれぞれのα検出値及び冗長光線の位置を決定するために使用される。ｖ軸に関するα検出値ｆ１０、ｆ２０、ｆ３０、ｆ４０の位置、すなわち、α検出値のｖ位置は、正規化されていないαアパーチャ加重値：
【００５６】
【数１】
0005572386.tif 000002
を決定するため、アパーチャ重み関数２０にマッピングされる。アパーチャ重み関数２０は、ｖ軸に関する検出器６上のα検出値の位置に依存する。すなわち、アパーチャ重み関数２０は、ｖ軸方向のアパーチャ内の対応する光線の角度方向に依存する。このアパーチャ重み関数２０は、アパーチャの中央部にあるα検出値及び冗長値に対して、アパーチャに関して最も外側、すなわち、ｖ軸に関して最も外側の位置にあるα検出値及び冗長値に対してより大きいアパーチャ加重値が割り当てられるように定められる。
【００５７】
正規化されていないαアパーチャ加重値：
【００５８】
【数２】
0005572386.tif 000003
が決定された後、これらの正規化されていないαアパーチャ加重値は、次式：
【００５９】
【数３】
0005572386.tif 000004
を用いて正規化される。
【００６０】
この式において、ｗｊ０はα検出値ｆｊ０の正規化されたαアパーチャ加重値である。ここで、この実施形態においては、ｊは１から４までの値をとり得る。これらαアパーチャ加重値ｗｊ０がアパーチャ重み付けに用いられることになる。α検出値ｆ１Ｍ、ｆ２Ｍ、ｆ３Ｍ、ｆ４Ｍのαアパーチャ加重値が、α検出値ｆ１０、ｆ２０、ｆ３０、ｆ４０のそれと同様にして決定される。故に、α検出値ｆ１Ｍ、ｆ２Ｍ、ｆ３Ｍ、ｆ４Ｍに関しても、ｖ軸に関する検出器６上の位置が決定され、これらの位置がアパーチャ重み関数にマッピングされ、そして、得られた正規化されていないαアパーチャ加重値：
【００６１】
【数４】
0005572386.tif 000005
が次式：
【００６２】
【数５】
0005572386.tif 000006
を用いることによって正規化される。ただし、ｗｊＭは、α検出値ｆ１Ｍ、ｆ２Ｍ、ｆ３Ｍ、ｆ４Ｍのαアパーチャ加重値を示し、アパーチャ重み付けに用いられることになる。
【００６３】
段階１０５にて、β決定ユニット１５が、各グループに関して、それぞれのグループのβ検出値のβアパーチャ加重値を、それぞれのグループのαアパーチャ加重値を用いることによって近似的に決定する。この近似的な決定は選択的に、それぞれのグループの決定されたαアパーチャ加重値を用いる補間によって実行される。グループｇｊに関して、βアパーチャ加重値ｗｊｉ（ただし、ｉ＝１，・・・，Ｍ−１）が次式：
【００６４】
【数６】
0005572386.tif 000007
に従って決定される。
【００６５】
この補間は低い計算コストで実行することが可能であり、得られたβアパーチャ加重値ｗｊｉは正規化される。すなわち、この補間は、βアパーチャ加重値ｗｊｉが正規化されるように実行される。
【００６６】
段階１０６にて、アパーチャ重み付けユニット１６によって、決定されたα及びβの加重値を用いて各グループの検出値のアパーチャ重み付けが実行される。すなわち、この実施形態においては、対応するα又はβの加重値が検出値に掛け合わされる。
【００６７】
関心領域内の動きを指し示す移動値を考慮するため、検出値は更に、対応する検出値と同時に収集された移動値に関して重み付けられてもよい。この重み付けは選択的に、移動値に依存する動き加重値を検出値に乗算することによって実行される。例えば、関心領域内にヒトの心臓が位置する場合、動き加重値は以下の手順に従って決定され得る。心電図データにより、例えば心室の収縮の開始に関する所謂Ｒピーク等といった、心サイクル内の特徴点に関する情報が提供される。典型的に、心臓医又は放射線医は、画像が生成されるべき心サイクル内の望ましい位相点を選択する。最良の位置は患者の心拍数に依存する。この望ましい位相点が入力として与えられると、この作業に必要なデータが多数の収集データから遡及的に選択される。これは、例えば、Manzke等のMedical  Physics、2003年、第30巻、第12号、p.3072-3080に開示されている。なお、この文献をここに援用する。データのこの部分集合は、まさに所望位相点で取得された投影すなわち検出値を含むが、その他で取得された投影をも含む。各投影の取得時点の、所望時点に対する時間的距離のこのような変動を反映させるため、所望の心臓位相に近い時点で取得された検出値に高い重み付けを与え、所望の心臓位相に対して一層大きい時間的距離を有する時点で取得された検出値に一層小さい重み付けを与える動き重み付けが用いられる。
【００６８】
段階１０７にて、再構成ユニットが、重み付けられた検出値を逆投影することによって関心領域を再構成する。この逆投影は、如何なる好適な逆投影アルゴリズムを用いて実行されてもよい。例えば、段階１０７にて関心領域を再構成するため、非特許文献１に記載されたフィルタ補正逆投影法を用い得る。
【００６９】
図面及び以上の説明にて本発明の詳細な例示及び説明を行ったが、これらの例示及び説明は、限定的なものではなく、説明的あるいは例示的なものと見なされるべきものである。本発明は開示の実施形態に限定されるものではない。
【００７０】
図面、この開示及び添付の特許請求の範囲の教示を受けて請求項に係る発明を実施する際、当業者は、開示の実施形態への他の変形を理解し実現することができる。
【００７１】
上述の実施形態においては、グループ化段階１０３は収集段階１０２の直後に行われる。しかしながら、グループ化段階１０３は段階１０４と１０５との間に行われてもよい。好ましくは、グループ化段階は、βアパーチャ加重値を決定の決定段階１０５より前に行われる。
【００７２】
特許請求の範囲において、用語“有する”はその他の要素又は段階を排除するものではなく、不定冠詞“ａ又はａｎ”は複数であることを排除するものではない。単一のユニット又は複数のユニットが、特許請求の範囲に記載された複数の品目の機能を果たし得る。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないということを指し示すものではない。
【００７３】
画像生成装置の様々なユニットは、適当なコンピュータシステム上で実行されるプログラムコードによって実現されてもよいし、専用のハードウェアによって実現されてもよい。上述の複数のユニットの一部又は全ては、１つ又は複数の好適にプログラムされたプロセッサによって実装されてもよいし、１つ又は複数の好適に構築されたハードウェア部品によって実装されてもよい。
【００７４】
本発明によれば、関心領域の再構成に使用されるよう意図される好ましくは全ての検出値が複数のグループにグループ分けされる。各グループは少なくとも２つのα検出値と複数のβ検出値とを有するようにされ、これらグループの各々に対して、αアパーチャ加重値及びβアパーチャ加重値の決定が行われる。そして、決定されたαアパーチャ加重値及びβアパーチャ加重値を用いて、再構成に使用されるよう意図される各検出値のアパーチャ重み付けが実行され、アパーチャ重み付けされた検出値が、関心領域を再構成するために使用される。
【００７５】
コンピュータプログラムは、その他のハードウェアとともに、あるいはその他のハードウェアの一部として提供される、例えば光記憶媒体又は半導体媒体などの、好適な媒体に格納あるいはそれ上で流通されてもよいし、例えばインターネット又はその他の有線若しくは無線の電気通信システムを介して等、その他の形態で流通されてもよい。
【００７６】
請求項中の如何なる参照符号も請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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