(57)【要約】３次元Ｘ線又は３次元コンピュータトモグラフィ測定からの３次元再構成に基づいて人間又は動物の身体の画像を生成する方法であって、身体が、自然組織及び１つ又は複数の高密度のオブジェクトの両方を含む、方法が開示される。方法は、測定を実行するステップと、１つ又は複数の高密度のオブジェクトを識別するステップと、自然組織の領域の改善された画像を生成するためにオブジェクトに分離プロシージャを実行するステップと、を含む。特に、方法は、１つ又は複数の高密度のオブジェクトを選び出すためにさまざまな投影測定にランプフィルタを適用するステップと、選び出された１つ又は複数の高密度オブジェクトを別の３次元再構成にセグメント化するステップと、元の投影測定から、再構成された１つ又は複数の高密度のオブジェクトを抑制するステップと、抑制された１つ又は複数の高密度のオブジェクトのない前記投影測定をセグメント化するステップと、を含む。
2005535400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元Ｘ線又は３次元コンピュータトモグラフィ測定からの３次元構成に基づいて、人間又は動物の身体の画像を生成する装置であって、前記身体が、自然組織及び１つ又は複数の高密度のオブジェクトの両方を含み、前記装置が、前記測定を実行する測定設備と、前記１つ又は複数の高密度のオブジェクトを識別し、前記自然組織の領域の改善された画像を生成するために分離プロシージャを実行する識別設備と、を有する装置であって、
このようなさまざまな投影測定に対し回転方向にランプフィルタを適用するランプフィルタリング設備と、前記ランプフィルタリング設備によって入力供給され、さまざまなフィルタリングされた投影を３次元ボリューム再構成に逆投影する逆投影設備と、
前記逆投影設備によって入力供給され、前記３次元ボリューム再構成において、閾値処理プロシージャによって前記１つ又は複数の高密度のオブジェクトをセグメント化するセグメント化設備と、前記セグメント化設備によって入力供給され、前記ランプフィルタによりフィルタリングされた投影に、前記セグメント化された１つ又は複数の高密度のオブジェクトの１つ又は複数の影の前方投影を実行し、前記ランプフィルタリングされた逆投影における前記１つ又は複数の高密度オブジェクトの境界をマークする前方投影設備と、
前記前方投影設備によって入力供給され、前記元の投影測定から前記再構成された１つ又は複数の高密度のオブジェクトを抑制する抑制設備であって、当該１つ又は複数の高密度のオブジェクトの代わりに、当該１つ又は複数の高密度のオブジェクトの物理的な近傍から導き出されるグレー値を適当におくように動作する、抑制設備と、
前記抑制設備によって入力供給され、前記抑制された１つ又は複数の高密度のオブジェクトの除去を通して補正されたプロファイルによりさまざまなフィルタリングされた投影の逆投影を実行し、再構成結果を出力する逆結合設備と、
を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記前方投影設備によって入力供給され、前記再構成結果に重ね合わせるために前記１つ又は複数の高密度のオブジェクトを受け取る重ね合わせ設備を更に有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記１つ又は複数の高密度のオブジェクト及び前記自然組織のグレー値を、これらの両方を同時に示すために、予め決められたグレー値レンジ内で相対的に適応化する適応化手段を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
３次元Ｘ線又は３次元コンピュータトモグラフィ測定からの３次元構成に基づいて、人間又は動物の身体の画像を生成するための、請求項１に記載の装置において使用する方法であって、前記身体が、自然組織及び１つ又は複数の高密度のオブジェクトの両方を含み、前記方法が、前記測定を実行するステップと、前記１つ又は複数の高密度のオブジェクトを識別し、前記自然組織の領域の改善された画像を生成するために分離プロシージャを実行するステップと、を含む方法であって、
このようなさまざまな投影測定に対し回転方向にランプフィルタを適用し、さまざまなフィルタリングされた投影を３次元ボリューム再構成に逆投影するステップと、
前記３次元ボリューム再構成において、閾値処理プロシージャによって前記１つ又は複数の高密度のオブジェクトをセグメント化し、前記ランプフィルタによりフィルタリングされた投影に、前記セグメント化された１つ又は複数の高密度のオブジェクトの１つ又は複数の影の前方投影を実行し、前記ランプフィルタによりフィルタリングされた逆投影における前記１つ又は複数の高密度オブジェクトの境界をマークするステップと、
前記１つ又は複数の高密度のオブジェクトの代わりに、前記１つ又は複数の高密度のオブジェクトの物理的な近傍から導き出されるグレー値を適当におき、前記元の投影測定から前記再構成された１つ又は複数の高密度のオブジェクトを抑制するステップと、
補正されたプロファイルをもち、前記抑制された１つ又は複数の高密度のオブジェクトをもたない、さまざまなフィルタリングされた投影の逆投影を二次的に実行するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の装置を制御することにより請求項４に記載の方法のステップを実行する命令を含む、コンピュータプログラム。
【請求項６】
機械読取り専用の有形の媒体に埋め込まれるコンピュータプログラムであって、請求項１に記載の装置を制御することにより請求項５に記載の方法のステップを実行する命令を含む、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、３次元Ｘ線又は３次元コンピュータトモグラフィ測定からの３次元再構成に基づいて、人間又は動物の身体の画像を生成するための装置であって、前記身体が、請求項１の冒頭部分に更に詳述するような自然組織及び１つ又は複数の高密度のオブジェクト（対象物）を含む、装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなオブジェクトの主な部類は、例えば金属又は他の物質からなる外科のインプラント、再構成スクリュー、歯に埋め込まれるプラグ、血管に導入されるコイル及びさまざまなその他のものの形であるオブジェクトのような、人間又は動物の生活の質を維持し又は改善するために意図的に導入されるオブジェクトによって表現される。二次的な部類は、制約なく、さまざまな異なるデータセットを整合するための位置合わせ（registration）を可能にするのに使用される高密度のマーカによって形成される。上述した３次元再構成方法及び可能な他のものは、このような高密度オブジェクトがそれらの近傍にもたらしうる視覚的なアーチファクトにより損なわれ、これらのアーチファクトは、最終的な画像の品質を低下させ、それによって診断、治療及び他の目的のためのその価値を低下させる。従って、このようなアーチファクトを抑制するための方法を得ることが有利である。本願発明者は、方法の初期ステージの処理から、高密度の（複数の）オブジェクトを抑制する利点を認識した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、特に、本発明の目的は、導入される高密度の身体からの上述のアーチファクトにより損なわれない画像生成方法を提供することである。
【０００４】
本発明の他の目的は、上述のアーチファクトの生成をなお回避しながら、このような高密度の（複数の）オブジェクトの画像に関して二次的な処理ステージにおいて自然組織から画像を補うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明の見地の１つによれば、本発明は、請求項１の特徴記載部分によって特徴付けられる。
【０００６】
単独で、米国特許第４，５９０，５５８号明細書は、ＣＴ画像からオブジェクトを除去する方法を開示している。この米国特許明細書において、操作者は、除去されるべきオブジェクトを囲む消去（rub-out）領域を規定する。そののち、消去領域は、平均化ファンクションを施される。操作者による操作は、高密度のオブジェクトの可能な位置及び形状を慎重に考慮し、それに基づいて消去領域をセットしなければならない熟練した作業者による相当な努力を明らかに必要とするものである。それにもかかわらず、従来技術の方法は、人的及び他のエラーを被りやすく、従って、自動のプロシージャが非常に好ましい。
【０００７】
更に、米国特許第６，０９４，４６７号明細書は、標準のイメージング装置のほかに、高減衰オブジェクトの範囲及び特に境界を決定し、画像から高減衰オブジェクトを除去せずに、高減衰オブジェクトがもたらすアーチファクトを低減するための多くのナロービーム検出設備を備える付加のハードウェア設備を必要とする。付加の複数のナロービーム検出設備は、付加のコスト及び付加の制御操作を表す。それゆえ、本願発明者は、単一の測定システムからすべての必要な情報を導き出すことを企図した。
【０００８】
本発明は更に、請求項１に記載の装置を実現するための方法と、請求項１に記載の方法を実現するように構成されるハードウェアを制御するための命令を含むコンピュータプログラム及びコンピュータプログラム製品とに関する。本発明の他の有利な見地は、従属項に詳述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のこれら及び他の見地並びに利点は、好ましい実施例の開示を参照し、添付の図面を特に参照して以下により詳しく説明される。
【００１０】
図１は、本発明によるプロシージャのフロー図を示している。ブロック２０において、プロシージャが開始され、必要なハードウェア及びソフトウェア設備が割り当てられる。ブロック２２において、測定装置は、測定スキャンを実行する。主に考えられる技術は、３次元Ｘ線（３Ｄ−ＲＸ）であるが、３次元ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）も同様に拡張可能である。ブロック２４において、システムは、すべての意図されたスキャンが実行されたかどうか決定する。すべてのスキャンが実行されていない場合、次のスキャンが、装置の適当な回転ののちに行われる。すべてのスキャンが実行された場合、プロシージャは、ブロック２６へ進む。ブロック２６において、回転の方向におけるランプフィルタが、投影に適用される。ランプのセッティングは、一度だけ行われればよく、又は例えば高密度の（複数の）オブジェクトによってカバーされる領域が概して小さいという仮定に基づくように、統計的な処理に基づいて行われてもよい。ランプのセッティングは更には、発見的又は直観的な態様で行われてもよく、又は操作者によって行われてもよい。高密度のオブジェクトは、概して、組織より非常に大きい減衰を引き起こすので、識別閾値の正確なセッティングはクリティカルではない。
【００１１】
次に、ブロック２８において、フィルタリングされた高密度の（複数の）オブジェクトは、その３次元再構成を得るためにセグメント化される。次に、ブロック３０において、高密度のオブジェクトは、元の投影において抑制される。有利には、高密度のオブジェクトは、１つ又は複数のグレー値と置き換えられる。これは、隣り合うピクセル同士の間の線形補間によって、それぞれの抑制されたオブジェクトを１つの標準値と置き換えることによって、又は何らかの他の適当なステップによって、行われることができる。ブロック３２において、ランプフィルタによりフィルタリングされた投影が、２度目のセグメント化を施されるが、高密度の（複数の）オブジェクトはない。直接的で簡単な方法は、ブロック２８への入力値に関してまったく同じ識別閾値を使用することである。
【００１２】
最後に、ブロック３４において、ブロック２８からのセグメント化された１つ又は複数の高密度のオブジェクトが、残りのセグメンテーション結果に重ね合わせられる。最後に、ブロック３６において、プロシージャは終了し、割り当てられた設備は再び手放される。フローチャートは、さまざまな点において簡略化を示している。例えば、処理が成功裏に終了すること以外のエスケーププロシージャは図示されていない。更に、試行錯誤的なプロシージャは、ランプ閾値を効果的にセットするために使用されることができる。
【００１３】
図２ａ−図２ｅは、高密度オブジェクトの抑制の原理を示す。方法は、３次元Ｘ線について説明される。３次元イメージングモダリティは、モータ駆動のＣアームシステムにより回転ランの間に取得される複数の投影に基づく。図２ａは、１つの簡略化された投影画像を示す。アイテム１乃至３は、高密度のオブジェクト又はさまざまな異なるデータセットの位置合わせのために使用されるいわゆる黒丸（bullets）である。位置合わせの後、黒丸は、アーチファクトを避けるために３次元再構成のために除去されなければならない。投影時の強度曲線を測定すると、黒丸の位置に高い強度の信号が生じる。この信号は、抑制されなければならず、より低い密度をもつ周囲構造を含む近傍のものから導き出されるグレー値で満たされることができる。
【００１４】
高密度の（複数の）オブジェクトの抑制は、ランプフィルタによりフィルタリングされた投影を使用することによって行われる。これは同時に、再構成を改善し、簡略化する。この点に関して、図２ａは、黒い円の形ではっきり見える黒丸１、２、３をもつ投影画像を示している。第１の処理ステップにおいて、すべての投影は、ランプフィルタによりフィルタリングされ、よく知られたフェルドカンプ（Feldkamp）アルゴリズムを用いた逆投影（バックプロジェクション）による３次元再構成のために使用される。更に、黒丸、又はそれについて更に言えば他の高密度のオブジェクトは、３次元再構成においてセグメント化され、これは図２ｂのピクチャをもたらす。ランプフィルタリングは、黒丸のより鮮明な縁部をもたらし、３次元再構成は、コントラストを高める。このような操作を通して、高密度のオブジェクトの、それらの近傍の周囲組織又は構造からのセグメンテーションは、一層良好に行われることができる。次に、黒丸は、単純な閾値によって識別されることができ、その結果として、黒丸だけが、周りを囲むリングをもつ点の形で目に見える。リングは、当該黒丸の影を表す。
【００１５】
ここで、第３の処理ステップにおいて、残りの黒丸は、個々の黒丸の境界についてサーチ領域をマークするために、元の投影のランプフィルタによりフィルタリングされたバージョンに、前方投影（forward projected）される。これは、図２ｃに示される結果をもたらす。上述の処理ののち、黒丸の検出された境界は、元の投影に前方投影され、これは、図２ｄに示す画像をもたらす。第４の処理ステップにおいて、黒丸は、例えば当該黒丸の個々の入口と対応する出口との間の線形補間によって、黒丸をそれらの周囲近傍の構造におけるグレー値と置き換えることによって抑制される。そののち、新しい３次元再構成が、ランプフィルタによりフィルタリングされた投影にフェルドカンプアルゴリズムを再び適用することによって実施される。それによって、黒丸は低減され又は除去され、これは更に、黒丸によってもたらされるアーチファクトの除去を含む。これは、図２ｅに示す画像をもたらす。
【００１６】
図３は、本発明による高密度のオブジェクトの抑制及び重ね合わせ方法を含んで実行される、人間の膝環境における金属スクリューの３次元再構成画像を示す。再構成は、明らかに２つの主要な骨及び膝蓋骨からなる膝関節、更には骨の部分を互いに臨床的に固定するために使用される２つのスクリューを示す。更に、明らかに、画像にはアーチファクトも見られない。この結果は、３次元再構成における高密度抑制方法を含むことによって達成される。最終的な画像は、骨構造の３次元データセットを、セグメント化されたスクリューの３次元再構成と突き合わせることによって再構成される。更に、スクリューのグレー値は、スクリュー及び骨の両方を同時に示すために適応化される。このような適応化は、さまざまなオブジェクト、特に高密度のオブジェクトの全体的な動的な表現を低減することによって表されることができる。このような同時の表現は、スクリューと周囲の骨構造との間の領域のより良い診断を可能にする。高密度のインプラントによって生じるアーチファクトが、大幅に低減されることが可能である。
【００１７】
本願発明者は、本発明による結果が、ランプフィルタによりフィルタリングされた投影を例えばフェルドカンプアルゴリズムによる３次元再構成と組み合わせて使用するときに、より良好であることを見出した。高密度の身体の縁部は、一般に、大幅に鮮明になり、コントラストが改善される。これによって、周囲構造からのインプラントのセグメンテーションは、より良好に行われることができる。セグメンテーションは、単純な閾値を用いて容易に実施されることができる。これは、セグメンテーションアルゴリズムが多くの場合非常に複雑であり、従って時間がかかるので、本発明の重要な見地である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるプロシージャのフロー図。
【図２】高密度のオブジェクトの抑制の原理を示す図。
【図３】本発明による高密度オブジェクトに関する抑制及び重ね合わせ方法を含んで実行される、人間の膝環境における金属スクリューの３次元再構成画像を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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