(57)【要約】【課題】モーション・アーティファクト低減を容易にする。【解決手段】モーション・アーティファクト低減を容易にする方法が、２枚の連続走査画像を比較して運動を決定するステップを含んでいる。他の態様では、モーション・アーティファクト低減を容易にする方法が提供され、この方法は、第一の画像を第二の画像と比較することにより第一の画像の少なくとも１個のピクセルの速度を推定するステップと、推定された速度を用いてサイノグラムを補正するステップと、を含んでいる。他の態様では、モーション・アーティファクト低減を容易にする方法が提供され、この方法は、第一の画像の複数個のピクセルの各々について速度ベクトルを生成するステップと、各々のピクセルについてΔＨ（ｔ）を算出するステップとを含んでおり、ここで、ΔＨ（ｔ）は運動によって生ずるＣＴ数としての強度の時間変化である。
2005533566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動を決定するために２枚の連続走査画像を比較するステップを備えたモーション・アーティファクト低減を容易にする方法。
【請求項２】
前記比較するステップは、エッジ認識プログラムにより２枚の連続画像を比較するステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２枚の原画像の間でのエッジ運動の比較に基づいて、平均画像において各々のピクセルについて速度ベクトルを示す速度画像を展開するステップをさらに含んでいる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
特定の中間時刻での時間補間されたサイノグラムを算出するために前記速度画像を用いるステップをさらに含んでいる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記補間されたサイノグラムを用いて画像を再構成するステップをさらに含んでいる請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記比較するステップは、運動を推定して歪み型画像格子を生成するために２枚の連続画像を比較するステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記比較するステップは、複数の速度ベクトルを決定するために２枚の連続画像を比較するステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
各々のピクセルについてΔＨ（ｔ）を算出するために前記速度ベクトルを用いるステップをさらに含んでおり、ここで、ΔＨ（ｔ）は運動により生ずるＣＴ数としての強度の時間変化である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記比較するステップは、ｍｐｅｇ運動予測子を用いて運動を決定するために２枚の連続画像を比較するステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記比較するステップは、一方の前記連続画像を他方の前記連続画像に合成するのに必要とされる運動を表わす中間画像を形成するために２枚の連続画像を比較するステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
補正された投影を生成するために前記中間画像を前方投影するステップをさらに含んでいる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記中間画像を用いて時間により参照される一組の画像補正値集合を生成するステップと、
補正生データ集合を生成するために前記生成された補正値集合を前方投影するステップと、
前記補正生データ集合を用いて補正画像を再構成するステップと、
第一の補正された画像を形成するために、補正されるべき画像に前記補正画像を加算するステップと、
をさらに含んでいる請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
第二の補正された画像を形成するステップと、
前記第一の補正された画像を前記第二の補正された画像に合成するのに必要とされる運動を表わす中間的な補正された画像を形成するために、前記第一の補正された画像と第二の補正された画像とを比較するステップと、
前記第一の補正された画像をさらに補正するために、前記中間的な補正された画像を用いるステップと、
をさらに含んでいる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第一の画像を第二の画像と比較することにより第一の画像の少なくとも１個のピクセルの速度を推定するステップと、
前記推定された速度を用いてサイノグラムを補正するステップと、
を備えたモーション・アーティファクト低減を容易にする方法。
【請求項１５】
前記補正されたサイノグラムを用いて第一の補正された画像を形成するステップと、
前記第一の補正された画像を、補正された画像を含む第三の画像と比較することにより前記第一の補正された画像の少なくとも１個のピクセルの速度を推定するステップと、
前記第一の補正された画像の前記少なくとも１個のピクセルの前記推定された速度を用いてサイノグラムを補正するステップと、
をさらに含んでいる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第一の画像の複数個のピクセルの各々について速度ベクトルを生成するステップと、
各々のピクセルについてΔＨ（ｔ）を算出するステップであって、ここで、ΔＨ（ｔ）は運動により生ずるＣＴ数としての強度の時間変化である、算出するステップと、
を備えたモーション・アーティファクト低減を容易にする方法。
【請求項１７】
サイノグラムの各々の線についての投影補正値を時間の関数として生成するために前記ΔＨ（ｔ）を前方投影するステップと、
前記補正されたサイノグラムを用いて第二の画像を再構成するステップと、
をさらに含んでいる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ΔＨ（ｔ）サイノグラムを生成するために前記ΔＨ（ｔ）を前方投影するステップと、
前記ΔＨ（ｔ）サイノグラムを用いて第二の画像を再構成するステップと、
補正された画像を形成するために前記第一の画像に前記第二の画像を加算するステップと、
をさらに含んでいる請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
運動を決定して歪み型画像格子を形成するために２枚の連続走査画像を比較するように構成されているコンピュータ。
【請求項２０】
エッジ認識プログラムにより前記２枚の連続走査画像を比較するようにさらに構成されている請求項１９に記載のコンピュータ。
【請求項２１】
前記２枚の連続走査原画像の間でのエッジ運動の比較に基づいて、平均画像において各々のピクセルについて速度ベクトルを示す速度画像を展開するようにさらに構成されている請求項２０に記載のコンピュータ。
【請求項２２】
特定の中間時刻での時間補間されたサイノグラムを算出するために前記速度画像を用いるようにさらに構成されている請求項２１に記載のコンピュータ。
【請求項２３】
前記補間されたサイノグラムを用いて画像を再構成するようにさらに構成されている請求項２２に記載のコンピュータ。
【請求項２４】
複数の速度ベクトルを決定するために２枚の連続画像を比較するようにさらに構成されている請求項１９に記載のコンピュータ。
【請求項２５】
各々のピクセルについてΔＨ（ｔ）を算出するために前記速度ベクトルを用いるようにさらに構成されており、ここで、ΔＨ（ｔ）は運動により生ずるＣＴ数としての強度の時間変化である、請求項２４に記載のコンピュータ。
【請求項２６】
一方の前記連続走査画像を他方の前記連続走査画像に合成するのに必要とされる運動を表わす中間画像を形成するために２枚の連続画像を比較するようにさらに構成されている請求項１９に記載のコンピュータ。
【請求項２７】
補正された投影を生成するために前記中間画像を前方投影するようにさらに構成されている請求項２６に記載のコンピュータ。
【請求項２８】
前記中間画像を用いて時間により参照される一組の画像補正値集合を生成し、
補正生データ集合を生成するために前記生成された補正値集合を前方投影し、
前記補正生データ集合を用いて補正画像を再構成して、
第一の補正された画像を形成するために、補正されるべき画像に前記補正画像を加算する
ようにさらに構成されている請求項１９に記載のコンピュータ
【請求項２９】
第二の補正された画像を形成し、
前記第一の補正された画像を前記第二の補正された画像に合成するのに必要とされる運動を表わす中間的な補正された画像を形成するために前記第一の補正された画像と第二の補正された画像とを比較して、
前記第一の補正された画像をさらに補正するために、前記中間的な補正された画像を用いる
ようにさらに構成されている請求項２８に記載のコンピュータ。
【請求項３０】
放射線源及び放射線検出器を含むガントリと、
前記放射線源及び前記放射線検出器に結合されて動作するコンピュータと、
を備えたモーション・アーティファクト低減を容易にするイメージング・システムであって、前記コンピュータは、
前記検出器アレイから情報を受け取り、
該受け取った情報から少なくとも２枚の連続画像を形成して、
運動を決定して歪み型画像格子を生成するために前記少なくとも２枚の連続画像を比較する
ように構成されている、イメージング・システム。
【請求項３１】
前記放射線源は電子ビームをターゲットに向かって投射するＸ線ビーム発生源を含んでおり、前記ターゲットはＸ線を前記検出器に向かって放出する、請求項３０に記載のイメージング・システム。
【請求項３２】
前記コンピュータは、エッジ認識プログラムにより前記２枚の連続画像を比較するようにさらに構成されている、請求項３０に記載のイメージング・システム。
【請求項３３】
前記コンピュータは、前記２枚の連続走査原画像の間でのエッジ運動の比較に基づいて、平均画像において各々のピクセルについて速度ベクトルを示す速度画像を展開するようにさらに構成されている、請求項３２に記載のイメージング・システム。
【請求項３４】
第一の画像を第二の画像と比較することにより第一の画像の少なくとも１個のピクセルの速度を推定して、
前記推定された速度を用いてサイノグラムを補正する
ように構成されているプログラムで符号化されているコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項３５】
前記プログラムは、前記補正されたサイノグラムを用いて第一の補正された画像を形成し、
前記第一の補正された画像を、補正された画像を含む第三の画像と比較することにより前記第一の補正された画像の少なくとも１個のピクセルの速度を推定して、
前記第一の補正された画像の前記少なくとも１個のピクセルの前記推定された速度を用いてサイノグラムを補正する
ようにさらに構成されている、請求項３４に記載の媒体。
【請求項３６】
放射線源及び放射線検出器を含むガントリであって、前記放射線源は、ターゲットに向かって電子ビームを投射するＸ線ビーム発生源を含んでおり、前記ターゲットは検出器に向かってＸ線を放出する、ガントリと、
前記放射線源及び前記放射線検出器に結合されて動作するコンピュータと、
を備えたモーション・アーティファクト低減を容易にするイメージング・システムであって、前記コンピュータは、
第一の画像の複数個のピクセルについて速度ベクトルを生成し、
各々のピクセルについてΔＨ（ｔ）を算出するように構成されており、ここで、ΔＨ（ｔ）は運動により生ずるＣＴ数としての強度の時間変化である、イメージング・システム。
【請求項３７】
前記コンピュータは、
サイノグラムの各々の線についての投影補正値を時間の関数として生成するために前記ΔＨ（ｔ）を前方投影して、
前記補正されたサイノグラムを用いて第二の画像を再構成する
ようにさらに構成されている、請求項３６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像及び電子ビーム計算機式断層写真法（ＥＢＴ）に関し、さらに具体的には、運動が引き起こすアーティファクト（モーション・アーティファクト）の低減を容易にする方法及び装置に関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
撮像の質を向上させる必要性は持続的に存在している。例えば、Edicに付与された米国特許第６，３５３，６５３号は、補間アルゴリズムを用いて放射線画像を１よりも多い時間的瞬間に補間して再構成し、心臓及び冠状血管構造の四次元画像を形成する方法を開示している。
【特許文献１】米国特許第６，３５３，６５３号明細書
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一観点では、モーション・アーティファクト低減を容易にする方法を提供し、この方法は、２枚の連続走査画像を比較して運動を決定するステップを含んでいる。
【０００４】
他の観点では、モーション・アーティファクト低減を容易にする方法を提供し、この方法は、第一の画像を第二の画像と比較することにより第一の画像の少なくとも１個のピクセルの速度を推定するステップと、推定された速度を用いてサイノグラムを補正するステップと、を含んでいる。
【０００５】
他の観点では、モーション・アーティファクト低減を容易にする方法を提供し、この方法は、第一の画像の複数個のピクセルの各々について速度ベクトルを生成するステップと、各々のピクセルについてΔＨ（ｔ）を算出するステップとを含んでおり、ここで、ΔＨ（ｔ）は運動によって生ずるＣＴ数としての強度の時間変化である。
【０００６】
さらにもう一つの観点では、コンピュータが、２枚の連続走査画像を比較して運動を決定するように構成されている。
【０００７】
さらに他の観点では、モーション・アーティファクト低減を容易にするイメージング・システムを提供する。このシステムは、放射線源及び放射線検出器を含むガントリと、放射線源及び放射線検出器に結合されて動作するコンピュータとを含んでいる。コンピュータは、検出器アレイから情報を受け取り、受け取った情報から少なくとも２枚の連続画像を形成し、これら少なくとも２枚の連続画像を比較して運動を決定するように構成されている。
【０００８】
一観点では、プログラムで符号化されているコンピュータ読み取り可能な媒体を提供する。プログラムは第一の画像を第二の画像と比較することにより第一の画像の少なくとも１個のピクセルの速度を推定し、推定された速度を用いてサイノグラムを補正するように構成されている。
【０００９】
他の観点では、モーション・アーティファクト低減を容易にするイメージング・システムを提供する。このシステムは、放射線源及び放射線検出器を含むガントリと、放射線源及び放射線検出器に結合されて動作するコンピュータとを含んでおり、放射線源は、ターゲットに向かって電子ビームを投射するＸ線ビーム発生源を含んでおり、ターゲットは検出器に向かってＸ線を放出する。コンピュータは、第一の画像の複数個のピクセルについて速度ベクトルを生成し、各々のピクセルについてΔＨ（ｔ）を算出するように構成されており、ここで、ΔＨ（ｔ）は運動によって生ずるＣＴ数としての強度の時間変化である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
幾つかの公知のＣＴイメージング・システム構成においては、Ｘ線源がファン（扇形）形状のビームを投射し、このビームは、デカルト座標系のＸＹ平面であって一般に「イメージング（撮像）平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメートされる。Ｘ線ビームは患者等の撮像対象を透過する。ビームは対象によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイで受光される減弱した放射線ビームの強度は、対象によるＸ線ビームの減弱量に依存している。アレイ内の各々の検出器素子が、各々の検出器位置でのビーム強度の測定値である別個の電気信号を発生する。すべての検出器からの強度測定値を別個に取得して透過プロファイル（断面）を形成する。
【００１１】
第三世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが撮像対象と交差する角度が定常的に変化するように撮像平面内で撮像対象の周りをガントリと共に回転する。一つのガントリ角度での検出器アレイからの一群のＸ線減弱測定値すなわち投影データを「ビュー」と呼ぶ。対象の「走査（スキャン）」は、Ｘ線源及び検出器が撮像されている対象又は患者の周りを１回転する間に様々なガントリ角度すなわちビュー角度において形成される一組のビューを含んでいる。
【００１２】
アキシャル・スキャン（軸方向走査）では、投影データを処理して、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を再構成する。一組の投影データから画像を再構成する一方法に、当業界でフィルタ補正逆投影法と呼ばれるものがある。この方法は、走査からの減弱測定値を「ＣＴ数」又は「ハンスフィールド（Hounsfield）単位」と呼ばれる整数へ変換し、これらの整数を用いて陰極線管表示器又はその他任意の形式の視覚的表示器上の対応するピクセルの輝度を制御する。
【００１３】
全走査時間を短縮するために、「ヘリカル」・スキャン（螺旋走査）を行なうこともできる。「ヘリカル」・スキャンを行なうためには、所定の数のスライスの投影データが取得されている最中に患者テーブルを介して患者を継続的に移動させる。ファン・ビームによって悉く写像された螺旋から投影データが得られ、投影データから各々の所定のスライスにおける画像を再構成することができる。
【００１４】
ヘリカル・スキャンのための再構成アルゴリズムは典型的には、収集したデータにビュー角度及び検出器チャネル番号の関数として加重する螺旋加重アルゴリズムを用いる。明確に述べると、フィルタ補正逆投影法の前に、ガントリ角度及び検出器角度の両方の関数である螺旋加重ファクタに従ってデータに加重する。次いで、加重したデータを処理してＣＴ数を生成すると共に、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を構築する。
【００１５】
本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素又はステップという用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている他の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。さらに、「走査画像」との用語はＣＴ画像であってもＥＢＴ画像であってもよい。加えて、本書に開示する方法は、２列以上の検出器列で構成されている面積型Ｘ線検出器を採用した容積測定型ＣＴスキャナにも同等に良好に適用される。
【００１６】
また、本書で用いられる「画像を再構成する」という文言は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような本発明の実施形態を排除するものではない。但し、多くの実施形態は１枚以上の可視画像を形成する（か又は形成するように構成されている）。
【００１７】
図１及び図２を参照すると、マルチ・スライス走査イメージング・システム、例えば計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第三世代」ＣＴイメージング・システムに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビーム１６をガントリ１２の反対側に設けられている検出器アレイ１８に向かって投射する。検出器アレイ１８は、複数個の検出器素子２０を含む複数列の検出器横列（row、図示されていない）によって形成されており、検出器素子２０は一括で、患者２２のような対象を透過した投射Ｘ線ビームを感知する。各々の検出器素子２０が、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って対象又は患者２２を透過する際のビームの減弱の推定を可能にする電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための１回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は回転中心２４の周りを回転する。図２は、検出器素子２０の単一の横列（すなわち検出器横列１列）のみを示している。しかしながら、マルチ・スライス検出器アレイ１８は、１回の走査中に複数の準平行スライス又は平行スライスに対応する投影データが同時に取得され得るように検出器素子２０の複数列の平行な検出器横列を含んでいる。。
【００１８】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６はＸ線制御器２８とガントリ・モータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線源１４に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器３０はガントリ１２の回転速度及び位置を制御する。制御機構２６内に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）３２が検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。画像再構成器３４が、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６へ送られ、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。
【００１９】
コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている視覚的表示器４２によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２をガントリ１２内で配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２の各部分をガントリ開口４８を通して移動させる。
【００２０】
一実施形態では、コンピュータ３６は、フレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯＤ（光磁気ディスク）、又はネットワーク若しくはインターネットのような他のディジタル情報源等のコンピュータ読み取り可能な媒体５２から命令及び／又はデータを読み取る装置５０、例えばフレキシブル・ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、ＭＯＤ装置、又はイーサネット（商標）装置のようなネットワーク接続装置を含めたその他任意のディジタル装置、並びに開発途上のディジタル手段を含んでいる。他の実施形態では、コンピュータ３６はファームウェア（図示されていない）に記憶されている命令を実行する。コンピュータ３６は、本書に記載する作用を果たすようにプログラムされており、従って、本書で用いられるコンピュータという用語は当技術分野でコンピュータと呼ばれている集積回路のみに限定されている訳ではなく、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定応用向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を広範に指しており、これらの用語は本書では互換的に用いられている。。画像再構成器３４は特殊化したハードウェアであってもよいし、コンピュータ３６内で実行されるソフトウェアであってもよい。
【００２１】
図３及び図４は、本書に記載されるように構成されている汎用軸外（off-axis）計算機式断層写真法Ｘ線透過走査システム１０８を示しており、このシステムはまた電子ビーム計算機式断層写真法システム（ＥＢＴ）１０８とも呼ばれる。システム１０８は、スキャナ１１０と、付設されているコンピュータ・システム１１２とを含んでいる。スキャナ１１０は真空収容室１１４を含んでおり、ここで電子ビーム１１６が発生されて、収容室１１４の前方下部１２０の内部に位置しておりその周囲に延在している円弧状ターゲット１１８を走査する。典型的には、収容室１１４は長さが約２ｍであるが、他の寸法を用いることもできる。
【００２２】
典型的には２１０°内外を約５０ｍｓで走査する掃引電子ビームがターゲット１１８に入射すると、ターゲット１１８は移動する扇形のＸ線ビーム１２２を放出し、ビーム１２２は寝台移動機構１２５の上に横臥している被検体１２４（例えば患者又は他の対象）の所定領域を透過した後に、ターゲット１１８の正反対に対向して位置する検出器アレイ１２６を目がけて入射する。環状アセンブリに収容されているターゲット１１８及び検出器アレイ１２６をまとめてガントリ１２８と称するものとする。ターゲット１１８及び検出器アレイ１２６は、スキャナ軸１３６を中心として同心状に位置しており、この軸に垂直な平面を画定している。
【００２３】
検出器アレイはデータをＤＡＳ１３０へ出力し、ＤＡＳ１３０はデータをディジタル化してコンピュータ・システム１１２へ渡す。コンピュータ１１２はデータをさらに処理して記録し、被検体１２４の所定スライスの再構成画像をビデオ・モニタ１３２に形成する。Ｘ線技師はキーボード１３４を介してコンピュータ・システム１１２を動作させて、電子ビーム１１６の発生及び制御、並びに患者１２４の移動等のシステム１０８の全体的動作を制御する。システム１０８は、従来のモードでも且つ／又はヘリカル・スキャン・モードでも動作し得ることが理解されよう。
【００２４】
ここで、図４を参照して走査用電子ビーム１１６の発生について説明する。収容室１１４の上流側端部１４２の内部に設けられている電子銃１４０が、電源１４３からの高電圧励起（例えば１３０ｋＶ）に応答して電子ビーム１１６を発生する。真空ポンプ（図示されていない）が収容室１１４を排気しているが、電子ビーム１１６を存在させた状態で正イオンを発生することのできるガスは残っている。
【００２５】
収容室１１４の内部には光学系軸又はビーム系軸１３８と同軸で電極アセンブリ１４６が配設されており、電子ビーム１１６がアセンブリ１４６を軸方向に通過するようになっている。電極アセンブリ１４６は光学系の一部を成す。
【００２６】
電極アセンブリ１４６は、ビーム１１６が真空収容室１１４内の残留窒素ガスと相互作用するときに発生されるビーム１１６からのイオンを取り除く。これにより、カソードのイオン衝突が減少し、ビーム１１６が自己電場の影響下で拡大することが可能になる。電極アセンブリを越えると、ビームが中和されるまでイオンがビームに蓄積し、この中和された領域において、ビーム１１６は自己電場の影響下でプラズマ集束される。ソレノイド磁石１４９並びに二極及び四極磁石１５０を含めた複数の磁石１４８を用いてビーム１１６の集束を調節すると共にビーム１１６をターゲット１１８に向けて偏向させる。また、ソレノイド磁石１４９は電極アセンブリ１４６の一部を包囲している。
【００２７】
以下の説明は、取得時間が３３ミリ秒〜５０ミリ秒のＥＢＴスキャナを例とするが、本書に記載する方法は、存在する目的の運動が、ナイキスト・サンプリング・レートよりも速い又はこれと等しいサンプリングとして文献で公知のように関連情報を捕えるのに十分な頻度でサンプリングされるように、十分に高速の周波数で投影データを測定する任意の種類のスキャナに適用可能である。
【００２８】
ＣＴスキャナ１０及びＥＢＴスキャナ１０８では、走査データを幾つかのレベルの各々で連続的に蓄積することができる。一実施形態では、ＥＢＴスキャナ１０８では、走査のための時間は３３ミリ秒又は５０ミリ秒のいずれかである。走査時の各々の投影は時間分解能が０．０２ミリ秒であり、投影は、例えば時刻ゼロから開始して時刻３３ミリ秒又は５０ミリ秒で終了するまで２１２°の範囲にわたって線形的に測定される。個々の投影は良好な時間分解能を有しているが、サイノグラム全体が経時的に拡散しているという事実から、画像を再構成しているときにモーション・アーティファクト及びボケが混入する。サイノグラムの各々の高速投影は、連続走査系列において約５０ミリ秒毎にサンプリングされる。本書で説明する方法及び装置は少なくとも１個のサイノグラムを時間補間して、時間歪みを除去し、従来得られていたよりも鮮明なＣＴ画像を結果として生ずる。従って、本書で説明する装置及び方法の一つの技術的効果は、再構成されるＣＴ画像における鮮明さの向上である。
【００２９】
ここでの目標は、投影データが同時に収集されていたとしたら得られていたであろうものと同等の時間補間された新たなサイノグラムとなるように、一定の時間範囲にわたって得られたデータ・サイノグラムを補正することにある。一実施形態では、３３ミリ秒〜５０ミリ秒の連続した２枚のＥＢＴ画像をエッジ認識プログラムによって比較する。これら２枚の原画像の間でのエッジ運動の比較に基づいて、平均画像の各々のピクセルについて速度ベクトルを示す速度画像を展開する。次いで、速度画像を用いて、時間分解能を１０ミリ秒未満として特定の中間時刻（１又は複数）において時間補間されたサイノグラムを算出する。次いで、補間されたサイノグラムを再構成して、モーション・アーティファクトが低減した画像を形成する。
【００３０】
元の再構成（３３ミリ秒又は５０ミリ秒再構成）において目的とする運動が画像アーティファクトを生ずるのに十分なものである場合には、これらの画像のピクセルについて最良の運動推定値が決定される。上述のように、運動推定値を用いて、時間分解能が改善されアーティファクトが低減した新たな再構成を生成する。新たなこの一組の再構成を用いて、類似の態様で画像のピクセルの運動を高精度で求めることができ、結果として繰り返しアプローチで再構成における時間分解能を次第に高める。
【００３１】
ＣＴ画像の各々のピクセルは、元のＣＴ走査取得データにおける固有の曲線に対応している。これらの曲線はシヌソイド関数に類似しているため、データ行列をサイノグラムと呼ぶ。サイノグラム取得時に点が移動している場合には、運動の影響を反映してシヌソイド曲線は歪む。従って、画像のピクセルの速度を、近接した時刻の２枚の画像の比較によって推定すると、サイノグラムについて、補正後のサイノグラムが一定時刻のデータを反映しているような補正を算出することができる。ＣＴ再構成は線形過程であるので、単一点の対象を表わす単一ピクセルについての方法が展開され、この方法を画像全体に拡張して用いて、取得データの完全なサイノグラムを補正する。次いで、時間補正されたサイノグラムが再構成され、結果として、運動を含まないＣＴ画像又はモーション・アーティファクトが低減した画像が得られる。加えて、この方法では運動は周期的である必要はなく、サンプリング走査が十分に高速である場合には寧ろ任意の種類の運動を補正することができる。換言すると、この方法は、運動が周期的である場合には単一のサイクルで実行することができる。加えて、本書で説明する方法及び装置を用いれば、モーション・アーティファクトは非周期的運動についても低減され得る。このモーション・アーティファクト低減は、本書で説明する方法及び装置の一つの技術的な効果である。
【００３２】
以上に述べた工程を繰り返すことにより具現化される繰り返しアプローチを用いて、再構成画像の時間分解能をさらに高めることができる。例えば、１′〜Ｎ′と番号を付けたＮ個のサイノグラムが与えられた場合に、１＊〜Ｎ＊のＮ枚の画像が形成され、１＊が２＊と比較されて補正されたサイノグラム（１″）が生成され、２＊が３＊と比較されてもう一つの補正されたサイノグラム（２″）が生成され、以下同様に続く。次いで、補正されたサイノグラム１″及び２″からそれぞれ補正された画像１＊＊及び２＊＊が形成され、１＊＊が２＊＊と比較されて新たな補正されたサイノグラム（１″′）が生成され、以下同様に続く。
【００３３】
一実施形態では、歪み型（warped）画像格子を画像の再構成に用いる。心臓のような運動している対象の画像の時間分解能が高められ、運動の様々な時相での心臓の画像の三次元再構成が与えられる。この側面では、心臓のような運動している対象の運動が推定され、この推定を用いて、運動している対象の運動の関数として歪み型画像格子を構築する。歪み型画像格子は、データ取得工程時に、運動している対象の運動の特定の部分での運動している対象の位置を示す。一旦、データ取得工程時の時間の関数としての歪み型画像格子が構築され、モーション・アーティファクトが低減した画像が再構成されたら、歪み型格子の生成を可能にした運動推定値を運動の当該部分での位置の知見と共に用いて運動のその他任意の部分での対象の画像を再構成することができる。この工程を、米国特許仮出願第６０／３９７，６５８号、及び米国特許仮出願第６０／３９７，６５８号の利益を請求しており、同様に参照によりその全体として本出願に組み入れられる２００３年７月２３日に出願された米国特許出願第１０／６２５３６１（出願者控番号第１２０５２０−２号）に記載されているように、関心のある運動の各々の部分について繰り返して、心臓のような運動している対象の四次元再構成を形成する。
【００３４】
換言すると、従来と同様の走査が行なわれる場合に、取得される投影データは心臓の運動のために生ずる不整合を有している。例えば、特定のビューについての投影データは、データが取得されたときの心臓の特定の運動に依存する。歪み型画像格子は、特定の運動時の心臓の位置を考慮に入れている。次いで、一組の三次元容積測定画像から、三次元容積測定画像の系列の範囲内で画像内の対象がどれだけ移動しているかを推定することにより、隣接する三次元容積測定画像の各々の組について、投影データの不整合を考慮に入れた再構成画像格子の歪みを決定する。歪み型画像格子をデータ取得工程時の時間又はビュー角度位置の関数として生成することを可能にする運動推定値を再構成工程で用いて、モーション・アーティファクトを低減する。
【００３５】
歪み型画像格子を決定するもう一つの方法は、投影データを用いて、投影データはビュー位置間で緩やかに変化するという事実を用いるものである。不整合を考慮に入れた画像空間の歪みは二次元投影データにおいて識別され、関心のある各々のスライス毎に歪み型画像格子が決定される。
【００３６】
もう一つの実施形態では、運動推定値からの速度ベクトルを用いて各々のピクセルについてΔＨ（ｔ）を算出しており、ここで、ΔＨ（ｔ）は、運動によって生ずるピクセルのハンスフィールド数（ＣＴ数）としての強度の時間変化を表わしている。運動推定値は、歪み型画像格子を生成する上述の方法から得ることもできるし、上述の速度画像から得ることもできるし、またピクセル毎の速度ベクトルを含むか又はそこからピクセル毎の速度ベクトルを導くことができるその他任意の運動推定値であってもよい。一実施形態では、ΔＨ（ｔ）を前方投影して、サイノグラムの各々の線についての投影補正値を時間の関数として生成する。次いで、補正されたサイノグラムを再構成する。代替的には、ΔＨ（ｔ）を前方投影してデルタ・サイノグラムとした後に、デルタ・サイノグラムを画像に追加すべき補正として再構成することもできる。この方法は、この運動推定値方式での中間画像は線形強度平均ではなく速度に基づくものであるため、補間によって中間画像を算出することとは異なる。これにより、運動するエッジがどこに属するかが分かる。また、強度のサイノグラム補間とも異なっているが、一実施形態では、運動推定値は画像ではなくサイノグラムに直接的に適用される。
【００３７】
もう一つの実施形態では、画像に基づく運動推定値を用いてサイノグラムを補正しており、この場合の運動は、ＭＰＥＧ符号化において用いられる種類の運動予測子（motion predictor）を用いて推定されるか、画像変形（morphing）ソフトウェアのために開発された手法を用いて一つの画像を他の画像に合わせるように空間的に歪ませることにより推定される。ここでの説明は取得時間が３３ミリ秒〜５０ミリ秒のＥＢＴスキャナに基づくが、本方法は、存在する目的の運動が、ナイキスト・サンプリング・レートよりも速い又はこれと等しいサンプリングとして文献で公知のようにサンプル間の運動を適切に捕えるのに十分な頻度でサンプリングされるように、十分に高速の周波数で投影データを測定する任意の種類のスキャナに適用可能である。
【００３８】
例えばＣＴ、ＥＢＴ及びＭＲＩの各スキャナでは、走査データを幾つかのレベルの各々で連続的に蓄積することができる。前述のように、最新のＥＢＴスキャナでは、走査のための時間は３３ミリ秒又は５０ミリ秒のいずれかである。走査時の各々の投影は時間分解能が０．０２ミリ秒であり、投影は、例えば時刻ゼロから開始して時刻３３ミリ秒又は５０ミリ秒で終了するまで２１２°の範囲にわたって相次いで測定される。個々の投影は優れた時間分解能を有しているが、データ集合は３３ミリ秒又は５０ミリ秒のいずれかの時間区間にわたって歪みを受けている。この歪みから、画像を再構成しているときにモーション・アーティファクト及びボケが混入する。２回以上の走査を連続して行なうと、走査区間に生じている運動量の測定値を決定するために２枚の連続画像を比較することが可能になる。他の応用分野では、画像系列において運動の特性を決定するための多くのアルゴリズムが開発されている。ＭＰＥＧ符号化はビデオ業界では広範に用いられており、フレーム間での運動予測値を用いてビデオ・データを経時的に圧縮するものである。画像変形ソフトウェアは、２枚の画像を比較して、一方の画像を他方の画像に合成するのに必要とされる運動を表わす一組の中間画像を推定するのに用いられている。運動予測値は、上述の方法を用いて画像の各々のピクセルについて求められ、これらの運動予測値を用いて、比較される２枚のフレームの間の中間の時刻での各々のピクセルについての強度値変化を記述する経時的関数を推定することができる。このように、画像変形に用いられる工程と同様の一組の中間画像が算出される。次いで、中間画像を適当な角度で前方投影して、対応する角度及び時刻での走査データにおける補正された投影を形成する。実施形態の一例では、運動推定値を用いて一組の画像補正値対時間を算出し、これらの微小なデルタ補正を前方投影して補正生データ集合を得る。次いで、投影補正値を再構成して、元のフレームに適用される補正画像を形成する。僅かな補正しか必要とされないので、２段繰り返しを実行して、運動補償したさらに一層正確な再構成を形成することが可能である。
【００３９】
代替的な実施形態では、一対の連続データ集合を比較する。データは一般的には、投影が連続した列を成すような二次元データ配列として配列される。個々の対象点は表現としてシヌソイド曲線を描くため、この配列をサイノグラムと呼ぶ。畳み込みサイノグラムとして知られるサイノグラム表現の一形態では、走査対象のエッジ特徴に対応するエッジを見ることができる。連続したサイノグラムを比較することにより見えるようなエッジの運動を測定して用いて、サイノグラム全体についての運動を時間の関数として各々の個々の投影射線について推定する。これらの値を用いて、一定の時刻での新たな補正されたサイノグラムを算出して、この補正されたサイノグラムを再構成して運動補正した画像を形成する。
【００４０】
様々な特定の実施形態によって本発明を説明したが、当業者は、特許請求の範囲の要旨及び範囲に属する改変を施して本発明を実施し得ることを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ＣＴイメージング・システムの見取り図である。
【図２】図１に示すシステムのブロック模式図である。
【図３】電子ビーム技術を用いた計算機式断層写真法Ｘ線透過型走査システムを示す図である。
【図４】図３に示すシステムの図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ＣＴイメージング・システム
１２  ガントリ
１４  Ｘ線源
１６  Ｘ線ビーム
１８  検出器アレイ
２０  検出器素子
２２  患者
２４  回転中心
２６  制御機構
４２  陰極線管表示器
４８  ガントリ開口
５０  媒体読み取り装置
５２  媒体
１０８  電子ビーム計算機式断層写真法システム（ＥＢＴ）
１１０  スキャナ
１１２  コンピュータ・システム
１１４  真空収容室
１１６  電子ビーム
１１８  円弧状ターゲット
１２０  収容室の前方下部
１２２  扇形Ｘ線ビーム
１２４  被検体
１２５  寝台移動機構
１２６  検出器アレイ
１２８  ガントリ
１３４  キーボード
１３６  スキャナ軸
１３８  光学系軸
１４０  電子銃
１４２  収容室の上流側端部
１４３  電源
１４６  電極アセンブリ
１４８  複数の磁石
１４９  ソレノイド磁石
１５０  二極及び四極磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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