(57)【要約】【課題】再構成画像の空間解像度を向上させること。【解決手段】Ｘ線ＣＴ装置は、データ収集部と、再構成部と、を備える。データ収集部は、Ｘ線管球から曝射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器の出力信号に基づいて、前記Ｘ線検出器において所定の方向に配列された第１の画素における第１の投影データを収集する。再構成部は、前記第１の投影データを再構成して中間画像データを生成し、前記第１の画素の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素に対して前記中間画像データを順投影した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する。【選択図】図２
2015029913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管球から曝射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器の出力信号に基づいて、前記Ｘ線検出器において所定の方向に配列された第１の画素における第１の投影データを収集するデータ収集部と、
前記第１の投影データを再構成して中間画像データを生成し、前記第１の画素の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素に対して前記中間画像データを順投影した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する再構成部と、
を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記再構成部は、前記第１の画素の少なくとも一部の画素間に前記第１の投影データを線形補間した前記第１の投影データを再構成して、前記中間画像データを生成することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記再構成部は、前記第２の投影データを再構成して生成した医用画像データを前記第２の画素に対して順投影し、順投影した投影結果に基づく第２の投影データを取得する処理を繰り返し実行することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記再構成部は、フーリエ変換を用いて前記第１の投影データにコンボリューションを実行して、前記第１の投影データをフィルタリングすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記再構成部は、前記コンボリューションを実行後の前記第１の投影データを再構成して前記中間画像データを生成することを特徴とする請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】
前記再構成部は、フーリエ変換を用いて前記第２の投影データにコンボリューションを実行して、前記第２の投影データをフィルタリングすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項７】
前記再構成部は、前記コンボリューションを実行後の前記第２の投影データを再構成して前記医用画像データを生成することを特徴とする請求項６に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項８】
前記再構成部は、第１のサイズを有する高速フーリエ変換（Fast  Fourier  Transform：ＦＦＴ）を用いて前記第１の投影データにコンボリューションを実行して、前記第１の投影データをフィルタリングし、フィルタリングした前記第１の投影データを再構成する第１の再構成処理を実行し、前記第１のサイズの２倍である第２のサイズを有するＦＦＴを用いて前記第２の投影データにコンボリューションを実行して、前記第２の投影データをフィルタリングし、フィルタリングした前記第２の投影データを再構成する第２の再構成処理を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項９】
前記第１のサイズは、５１２個のビンを有し、前記第２のサイズは、１０２４個のビンを有することを特徴とする請求項８に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１０】
前記再構成部は、１０２４×１０２４のサイズを有する第１の行列を利用して、前記第１の再構成処理を実行し、１０２４×１０２４のサイズを有する第２の行列を利用して、前記第２の再構成処理を実行することを特徴とする請求項９に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１１】
前記再構成部は、前記中間画像データを順投影した投影結果と、前記第１の投影データとを用いて、前記第２の投影データを取得することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１２】
前記再構成部は、以下の関係、即ち、
ｚ（２ｋ）＝ｘ（ｋ）、及び、
ｚ（２ｋ＋１）＝ｙ（２ｋ＋１）＋（Δ（ｋ）＋Δ（ｋ＋１））／２、
に従って前記第２の投影データを取得し、
ここで、Δ（ｋ）＝ｘ（ｋ）−ｙ（２ｋ）であり、ｘが前記第１の投影データを示し、ｙが前記中間画像データを順投影した投影結果を示し、ｚが前記第２の投影データを示すことを特徴とする請求項１１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１３】
Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出器において所定の方向に配列された第１の画素において収集された第１の投影データを取得する取得部と、
前記第１の投影データを再構成して中間画像データを生成し、前記第１の画素の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素に対して前記中間画像データを順投影した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する再構成部と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項１４】
Ｘ線管球から曝射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器の出力信号に基づいて、前記Ｘ線検出器において所定の方向に配列された第１の画素における第１の投影データを収集するデータ収集工程と、
前記第１の投影データを再構成して中間画像データを生成し、前記第１の画素の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素に対して前記中間画像データを順投影した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する再構成工程と
を含んだことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１５】
Ｘ線管球から曝射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器の出力信号に基づいて、前記Ｘ線検出器において所定の方向に配列された第１の画素における第１の投影データを収集するデータ収集手順と、
前記第１の投影データを再構成して中間画像データを生成し、前記第１の画素の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素に対して前記中間画像データを順投影した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する再構成手順と
をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置、画像処理装置、画像処理方法及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線断層撮影イメージングとは、最も単純な表現では、Ｘ線ビームが被検体を透過し、検出器によって光線毎に総減衰量を関連づけることである。減衰は、被検体有りの場合と被検体無しの場合とで同じ光線を比較することから導出される。この概念上の定義から、画像を適切に構成又は再構成するためにはいくつかのステップが必要とされる。例えば、Ｘ線発生装置の有限サイズ、発生装置からの非常に低エネルギーのＸ線を遮断するフィルタの性質や形状、検出器の幾何学的配置や特性の詳細、及び収集システムの能力のそれぞれは、どのように画像の再構成が行われるかに影響を与える要因である。
【０００３】
考えられる多くの幾何学的配置の一つにおいて、図１に示すグラフ頂部のＸ線源は、被検体を透過する、ファン又はコーンを形成するＸ線ビームを出射している。広範囲の値が存在しうるが、通常は、距離「Ｃ」は約１００ｃｍであり、「Ｂ」は約６０ｃｍであり、「Ａ」は約４０ｃｍである。断層撮影において、少なくとも１８０°に及ぶ光線の集まりが被検体の各点を横切ることができる。したがって、Ｘ線発生装置及び検出器を備えたガントリは、患者を中心にして回転することができる。数学的な考察により、断層撮影条件は１８０°にファン角度を足したスキャンが行われたときに満たされることがわかっている。
【０００４】
再構成画像の空間解像度は、焦点サイズ、検出器画素サイズ、画像ボクセルサイズなど、様々なシステム要素により制限される。解像度の劣化は、副鼻洞、冠状動脈、又は人工内耳のイメージングにおいて使用されるものなど、拡大再構成の場合に明らかである。拡大再構成画像の場合、ボクセルサイズは小さくなり、空間解像度には影響を与えない。検出器画素サイズの制限は、空間解像度に２つの影響を与える、即ち、（１）データは、１画素サイズの領域にわたって平均化され、（２）ナイキスト周波数を決定し、かつ、再構成された関数の空間解像度を基本的に制限する検出器サンプリングピッチも影響を受ける。検出器画素サイズは、焦点サイズと同様に、従来のデコンボリューション形式の手法により低減することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Kai  Zeng,  Bruno  De  Man,  Jean-Baptiste  Thibault,  Zhou  Yu,  Charles  Bouman  and  Ken  Sauer,  Spatial  Resolution  Enhancement  in  CT  Iterative  Reconstruction,  Proceedings  of  IEEE  Nuclear  Science  Symposium,  M13-201,  2010.
【非特許文献２】Chien-Min  Kao,  Xiaochuan  Pan,  Patrick  La  Riviere,  Mark  A.  Anastasio,  Fourier-based  optimal  recovery  method  for  antialiasing  interpolation.  Optical  Engineering.  01/1999;  38:2041-2044.  DOI:  10.1117/1.602308
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、再構成画像の空間解像度を向上させることができる、Ｘ線ＣＴ装置、画像処理装置、画像処理方法及び記憶媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
Ｘ線ＣＴ装置は、データ収集部と、再構成部と、を備える。データ収集部は、Ｘ線管球から曝射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器の出力信号に基づいて、前記Ｘ線検出器において所定の方向に配列された第１の画素における第１の投影データを収集する。再構成部は、前記第１の投影データを再構成して中間画像データを生成し、前記第１の画素の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素に対して前記中間画像データを順投影した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、被検体を横切る、ファン又はコーンを形成するＸ線ビームを出射するＸ線源を示す図である。
【図２】図２は、機械的に簡素化されたＣＴ装置の概略図である。
【図３】図３は、長手軸方向に延在する検出器を有する、機械的に簡素化されたＣＴ装置の概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、例示的なアルゴリズムプロセスのフローチャートである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本開示に係る線形補間を説明するための図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本開示に係るＨＤ−ＦＰＪを説明するための図である。
【図５】図５は、別の例示的なアルゴリズムプロセスのフローチャートである。
【図６】図６は、例示的なファントムを示す図である。
【図７】図７は、データ線プロファイルを示すグラフである。
【図８】図８は、ＭＴＦプロファイルを示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、シミュレートされたデータを使用した画像結果を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、シミュレートされたデータを使用した画像結果を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、実際のＣＴデータを使用した画像結果を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、実際のＣＴデータを使用した画像結果を示す図である。
【図１１】図１１は、例示的な処理システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
例示的な実装形態によると、Ｘ線ＣＴ装置は、データ収集部と、再構成部と、を備える。データ収集部は、Ｘ線管球から曝射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器の出力信号に基づいて、前記Ｘ線検出器において所定の方向に配列された第１の画素における第１の投影データを収集する。再構成部は、前記第１の投影データを再構成して中間画像データを生成し、前記第１の画素の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素に対して前記中間画像データを順投影した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する。
【００１０】
また、例示的な実装形態によると、画像処理装置は、取得部と、再構成部とを備える。取得部は、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出器において所定の方向に配列された第１の画素において収集された第１の投影データを取得する。再構成部は、前記第１の投影データを再構成して中間画像データを生成し、前記第１の画素の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素に対して前記中間画像データを順投影した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する。
【００１１】
また、例示的な実装形態によると、画像処理方法は、データ収集工程と、再構成工程とを含む。データ収集工程は、Ｘ線管球から曝射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器の出力信号に基づいて、前記Ｘ線検出器において所定の方向に配列された第１の画素における第１の投影データを収集する。再構成工程は、前記第１の投影データを再構成して中間画像データを生成し、前記第１の画素の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素に対して前記中間画像データを順投影した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する。
【００１２】
また、例示的な実装形態によると、記憶媒体は、データ収集手順と、再構成手順とをコンピュータに実行させるためのプログラムを格納する。データ収集手順は、Ｘ線管球から曝射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器の出力信号に基づいて、前記Ｘ線検出器において所定の方向に配列された第１の画素における第１の投影データを収集する。再構成手順は、前記第１の投影データを再構成して中間画像データを生成し、前記第１の画素の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素に対して前記中間画像データを順投影した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する。
【００１３】
例示的な実装形態によると、医用イメージングシステムは、高解像度モードで初期再構成を行って、スキャン対象の被検体に関連する第１の投影データ（オリジナルデータとも言う）の中間画像を取得することができる。中間画像の高密度順投影を実行して、投影結果（生成データとも言う）を取得することができる。オリジナルデータと生成データの両方を使用してサイノグラム更新を実行して、第２の投影データ（高解像度サイノグラムとも言う）を取得することができる。その後、最終再構成を実行して、スキャンされた被検体の高解像度画像を取得することができる。
【００１４】
例示的な実装形態によると、入力インターフェースは、ターゲット被検体の医用画像スキャンの第１の投影データ（スキャンデータとも言う）を入力することができ、プロセッサは、手順を実行することができ、出力インターフェースは、出力画像を出力することができる。手順は、ターゲット被検体の中間画像を取得するための、スキャンデータの第１の再構成と、生成データを取得するための、中間被検体の高密度順投影と、高解像度サイノグラムを取得するための、生成データ及びスキャンデータの両方を使用したサイノグラム更新と、出力画像を取得するための、高解像度サイノグラムに基づいた第２の再構成と、を含むことができる。
【００１５】
第１の再構成は、フーリエ変換によりスキャンデータをフィルタリングするためにスキャンデータに実行されるコンボリューションを含むことができる。第１の再構成は、コンボリューション後に、中間画像を取得するために逆投影を実行することを含むことができる。
【００１６】
サイノグラム更新は、以下の関係に従うことができ、ここで、ｘは第１の投影データ（オリジナルのサイノグラムとも言う）を示し、ｙは投影結果（生成されたサイノグラムとも言う）を示し、ｚは第２の投影データ（アップサンプリングされたサイノグラムとも言う）を示し、ｋはデータのサイズを示す。ｚ（２ｋ）＝ｘ（ｋ）、及び、ｚ（２ｋ＋１）＝ｙ（２ｋ＋１）＋（Δ（ｋ）＋Δ（ｋ＋１））／２、ここで、Δ（ｋ）＝ｘ（ｋ）−ｙ（２ｋ）である。
【００１７】
第２の再構成は、フーリエ変換により高解像度サイノグラムをフィルタリングするために実行されるコンボリューションを含むことができる。第２の再構成は、コンボリューションの後に、出力画像を取得するために逆投影を実行することを含むことができる。
【００１８】
第１の再構成は、第１のサイズを有する高速フーリエ変換（Fast  Fourier  Transform：ＦＦＴ）によりスキャンデータをフィルタリングするためにスキャンデータに実行される第１のコンボリューションと、その後、第１の行列を利用して実行される第１の逆投影を含むことができる。第２の再構成は、第１のサイズの２倍である第２のサイズを有する高速フーリエ変換（Fast  Fourier  Transform：ＦＦＴ）によりスキャンデータをフィルタリングするためにスキャンデータに実行される第２のコンボリューションと、その後、第２の行列を利用して実行される第２の逆投影を含むことができる。
【００１９】
第１のサイズは５１２個のビンであり、第２のサイズは１０２４個のビンである。
【００２０】
第１の行列及び第２の行列は、各々、１０２４×１０２４のサイズを有することができる。
【００２１】
ターゲット被検体の医用画像スキャンのスキャンデータは、コンピュータ断層撮影（Computed  Tomography：ＣＴ）スキャンデータとすることができ、医用画像スキャンは、ＣＴスキャンとすることができる。
【００２２】
ＣＴスキャンを行うＣＴ装置は、例示的な実装において提供される。
【００２３】
プロセッサは、高解像度サイノグラムを取得して第２の再構成の中間画像に対して第２の再構成からの出力画像の空間解像度を向上させるために、生成データ及びスキャンデータの両方を使用してサイノグラム更新を実行するようにすることができる。
【００２４】
出力画像を表示するディスプレイを設置することができる。
【００２５】
本開示に従って、様々な方法、システム、デバイス、及びコンピュータ可読媒体を実装することができる。
【００２６】
図面中、同様の参照番号は、図を通して同一であるか対応する部品を示す。更に、本明細書で使用するとき、特記のない限り、単語「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」などは、一般に「１以上の」の意味をもつ。本明細書で論じる参考文献、特許などの文書は、引用によりその全体が組み入れられる。
【００２７】
図２は、光子を検出する検出器アレイを含むことができるＣＴ装置の簡略構造を示す。本開示の態様は、医用イメージングシステムとしてのＸ線ＣＴ（Computed  Tomography）装置（以下、適宜ＣＴ装置と記載する）に限定されるものではない。特に、本明細書で説明する構造及び手順を他の医用イメージングシステムに適用することができ、本明細書で提示する説明、具体的にはＣＴ装置及び光子の検出に関係する説明は、例示的であるとみなすべきである。
【００２８】
検出器アレイや光子検出器、光子検出器アレイは、本明細書において単に検出器という場合がある。図２に示すＣＴ装置は、Ｘ線管１、フィルタとコリメータ２、及び検出器３を含む。ＣＴ装置は、ガントリモータや、ガントリの回転を制御し、Ｘ線源を制御し、患者ベッドを制御するコントローラ４などの、他の機械的構成部品及び電気的構成部品も含む。ＣＴ装置は、データ収集システム５、及び、データ収集システム５により収集された投影データに基づいてＣＴ画像を生成するプロセッサ６も含む。プロセッサ６及びデータ収集システム５は、例えば、検出器３から取得されたデータ及び再構成画像を記憶するように構成されたメモリ７を利用することができる。
【００２９】
ここで、データ収集システム５は、Ｘ線管１から曝射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器３の出力信号に基づいて、Ｘ線検出器３において所定の方向に配列された第１の画素群における第１の投影データを収集する。なお、データ収集システム５は、データ収集部とも言う。
【００３０】
プロセッサ６は、第１の投影データを再構成して中間画像データを生成し、第１の画素群の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素群に対して中間画像データを順投影した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する。そして、プロセッサ６は、投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する。なお、プロセッサ６は、再構成部とも言う。
【００３１】
Ｘ線管１、フィルタとコリメータ２、検出器３、及びコントローラ４は、内径部を含むフレーム８内に設置することができる。フレーム８は、一般的な円筒形又はドーナツ形状を有する。図２に示す図では、フレーム８のボアの長手軸は内径部の中心にあり、ページ内外に延在する。区域９と識別される内径部の内部は、イメージングの標的区域である。患者などのスキャンされる被検体は、例えば、患者テーブルと共に標的区域内に置かれる。その後、一般に、実質的に、又は効果的に長手軸に対して被検体を横断するファン又はコーン放射線１０で、Ｘ線管１により被検体を照射することができる。プロセッサ６は、捕捉された入射Ｘ線光子の光子数を決定するようにプログラムされている。データ収集システム５、プロセッサ６、及びメモリ７は、単一の機械又はコンピュータとして、あるいは、ネットワーク又は他のデータ通信システムを介して共に結合された別々の機械又はコンピュータとして、実装することができる。コントローラ４は、ネットワーク又は他のデータ通信システムを介して結合することもでき、また、別個の機械又はコンピュータにより実装することもでき、あるいは、システムの別の機械又はコンピュータの一部として実装することができる。
【００３２】
図２では、検出器３は、長手軸に対してＸ線管１と共に回転する回転検出器アレイである。図２には図示されていないが後述するように、固定検出器アレイも設けることができ、その結果、回転検出器アレイ及び固定検出器アレイが、共にフレーム８内に設置される。なお、ＣＴ装置は、他の検出器を実装するようにしてもよい。
【００３３】
図３は、長手軸方向に延在する検出器を有する機械的に簡略化されたＣＴ装置の概略図である。図３は図２に示すＣＴ装置の側面図であり、フレーム８内の回転検出器アレイ及び固定検出器アレイを共に示す。特に、図２は、長手軸Ｌの斜視からのＣＴ装置の図であり、この軸は、ページ内外に延在する。図３では、長手軸Ｌは、ページ全体にわたって左右に延在する。
【００３４】
図３は、ページ全体にわたって左右に延在するような検出器軸Ｄを有する回転検出器３を示す。Ｄは、一般に、実質的に又は実際上Ｌと平行である。即ち、これらの２本の軸の関係は、２°、１°、又はそれ未満の差の範囲内で平行である。本明細書で説明する様々な態様によると、完全に幾何学的に「平行な」関係又は「垂直な」関係は一般に必要ではなく、「一般の、実質的な、又は実際上の」関係が、２°、１°、又はそれ未満の差の範囲内で適切である。
【００３５】
回転検出器３（検出器アレイ３とも言う）は、長手軸Ｌ周りにＸ線管１と共に回転することができる。一連の固定検出器アレイ３’（検出器アレイ３’とも言う）は、周期的又は不規則にフレーム８の周りに設置することができ、長手軸Ｌに沿って見たときに円形の形状を形成することができる。
【００３６】
一連の固定検出器アレイ３’は、ページ全体にわたって左右に延在するそれぞれの検出器軸線Ｄ’に沿って設置することができる。Ｄ’は、一般に、実質的に、又は実際上、Ｌと平行である。即ち、これらの２本の軸の関係は、２°、１°、又はそれ未満の差の範囲内で平行である。本明細書で説明する様々な態様によると、完全に幾何学的に「平行な」関係又は「垂直な」関係は一般に必要ではなく、「一般の、実質的な、又は実際上の」関係が、２°、１°、又はそれ未満の差の範囲内で適切である。
【００３７】
図３は、フレーム８の内径部に延入する患者テーブル、及びファン又はコーン１０を示す。ファン又はコーン１０は、図２の見方における左右の寸法において長辺を有し、図３の見方における左右の寸法において短辺を有する。例示的な実装形態において、検出器アレイ３と、検出器アレイ３’のうちの１つとの両方に、ファン又はコーン１０が当たることができる。更に、図３では、検出器アレイ３及び検出器アレイ３’がｚ方向に共通の寸法長さを有することが示されるが、他の実装形態は、検出器アレイ３と検出器アレイ３’の間のｚ方向の長さ、又は検出器アレイ３’の間のｚ方向の長さが異なる場合も含む。
【００３８】
本開示の態様は、反復ＣＴ再構成において空間解像度を向上させることに関する。例示的な目標は、測定された投影データとの差を最小限に抑える高解像度投影データを推定することである。本明細書で論じる例示的な方法では、エイリアシングアーチファクトの副作用なしに、数値シミュレーションと実際のＣＴデータの両方を用いて空間解像度を向上させることができる。本開示は、ＣＴ再構成、反復再構成アルゴリズム、順投影、及びシステム光学モデルに関する。本開示の態様は、検出器のサンプリング制限の克服にも関する。
【００３９】
図４Ａは、本開示に係るアルゴリズム４００の一例を示す図である。図４Ａに示すアルゴリズム４００は、医用イメージングシステム又はコンピュータによって実行される。なお、以下では、医用イメージングシステムがＸ線ＣＴ装置であり、Ｘ線ＣＴ装置のプロセッサ６（以下、適宜再構成部と記載する）により、アルゴリズム４００が実行される場合について説明する。また、以下では説明の便宜上、Ｘ線検出器における所定の方向がチャンネル方向である場合に、アキシャル画像を再構成する例について説明する。図４Ａに示すように、再構成部は、ステップＳ４０１にて、第１の投影データを線形補間する。ここで、再構成部は、第１の画素群の少なくとも一部の画素間に第１の投影データを線形補間する。例えば、再構成部は、Ｘ線検出器における所定の方向がチャンネル方向である場合、第１のチャンネルの少なくとも一部のチャンネル間に第１の投影データを線形補間する。図４Ｂは、本開示に係る線形補間を説明するための図である。
【００４０】
図４Ｂでは、チャンネル数が８９６チャンネルである第１のチャンネルにおける第１の投影データを線形補間する場合について説明する。ここで、各チャンネルは各画素に対応する。また、図４Ｂにおいて、第１のチャンネルにおける第１の投影データｄ１〜ｄ６を白抜きの丸印で示し、第１のチャンネル間のチャンネルｃ２１〜ｃ２５を破線の丸印で示す。図４Ｂに示すように、再構成部は、チャンネルｃ２１に、第１の投影データｄ１と第１の投影データｄ２とを線形補間した第１の投影データｄ２１を生成する。また、再構成部は、チャンネルｃ２２に、第１の投影データｄ２と第１の投影データｄ３とを線形補間した第１の投影データｄ２２を生成する。同様にして、再構成部は、チャンネルｃ２３〜ｃ２５に、線形補間された第１の投影データｄ２３〜第１の投影データｄ２５を生成する。
【００４１】
図４Ａに戻る。再構成部は、Ｓ４０２にて、高解像度モードで初期再構成を行って、医用イメージング工程により収集された第１の投影データ（オリジナルデータとも言う）の中間画像を取得する。オリジナルデータは、スキャン対象の被検体のものであるか、スキャン対象の被検体用のものである。再構成部は、Ｓ４０４にて、中間画像の高密度順投影（High-Density  Forward  Projection：ＨＤ−ＦＰＪ）を実行して、投影結果（生成データとも言う）を取得する。言い換えると、再構成部は、第１の画素群の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素群に対して中間画像データを順投影して、投影結果を取得する。図４Ｃを用いてＨＤ−ＦＰＪについて説明する。図４Ｃは、本開示に係るＨＤ−ＦＰＪを説明するための図である。
【００４２】
図４Ｃでは、チャンネル数が８９６チャンネルである第１のチャンネルにおける第１の投影データを、チャンネル数が１７９２チャンネルである第２のチャンネルに線形補間してから再構成して生成した中間画像４ａを示す。再構成部は、第１のチャンネルの少なくとも一部のチャンネル間についてチャンネル数を増加した第２のチャンネルに対して中間画像４ａを順投影して、投影結果（生成データとも言う）を取得する。図４Ｃ中では、第２のチャンネルのデータのうち、線形補間していないデータを再構成してから順投影されたデータを白抜きの丸印で示し、線形補間して生成されたデータを再構成してから順投影されたデータをハッチング表示した丸印で示す。ここで、ハッチング表示した丸印のデータは、線形補間されたデータよりも精度が向上する。
【００４３】
図４Ａに戻る。再構成部は、Ｓ４０６にて、オリジナルデータと生成データの両方を使用してサイノグラム更新を実行して、第２の投影データ（高解像度サイノグラムとも言う）を取得する。その後、再構成部は、Ｓ４０８にて最終再構成を実行して、スキャン対象の被検体の高解像度画像を取得する。すなわち、再構成部は、第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する。ここで、再構成部は、線形補間して生成されたデータを再構成してから順投影された精度の良いデータを用いて再構成することで、再構成した画像の空間解像度を向上させることができる。
【００４４】
続いて、再構成部は、繰り返し演算を実行するか否かを判定する（ステップＳ４１０）。例えば、再構成部は、ステップＳ４０４からステップＳ４０８までの処理を事前に設定された回数実行したか否かを判定する。ここで、再構成部は、ステップＳ４０４からステップＳ４０８までの処理を事前に設定された回数実行した場合、繰り返し演算を実行しないと判定し（ステップＳ４１０、Ｎｏ）、処理を終了する。一方、再構成部は、ステップＳ４０４からステップＳ４０８までの処理を事前に設定された回数実行していない場合、繰り返し演算を実行すると判定し（ステップＳ４１０、Ｙｅｓ）、ステップＳ４０４に移行する。
【００４５】
このように、再構成部は、第１の画素群における第１の投影データを再構成して生成した中間画像を、第２の画素群に対して順投影する。これにより、空間分解能を向上させることができる。また、再構成部は、ステップＳ４０４からステップＳ４０８までの処理を事前に設定された回数繰り返し実行する。これにより、第１の画素間の画素におけるデータの精度が、ステップＳ４０４からステップＳ４０８までの処理を繰り返す毎に徐々に向上する。
【００４６】
なお、再構成部は、線形補間せずに第１の投影データを再構成して中間画像を生成するようにしてもよい。また、再構成部は、ステップＳ４０４からステップＳ４０８までの処理を１回だけ実行するようにしてもよい。
【００４７】
図５に示す例示的なアルゴリズム５００を参照して、例示的なアルゴリズムを以下で更に詳細に論じる。
【００４８】
図５に示すように、再構成部は、Ｓ５０２にて、データをシステム（例えば、コンピュータ、プロセッサ、あるいはデジタルデータ処理デバイス又は回路）に入力する。データは、画像又は行列の形式とすることができる。行列は、例示的な実装形態において、８９６（即ち、検出器チャンネルの数）×９００（即ち、ＣＴスキャンのビューの数）のサイズを有することができる。他のサイズのデータの入力も可能である。このデータは、デジタルデータを格納する電子メモリなどの記憶装置に格納される。
【００４９】
再構成部は、Ｓ５０４にて、例えば高速フーリエ変換（Fast  Fourier  Transform：ＦＦＴ）などフーリエ変換により、例えば５１２（即ち、５１２個のビン）のＦＦＴサイズにて、データはフィルタリングカーネルを用いてフィルタリングのためのコンボリューションを受ける。再構成部は、Ｓ５０６にて、例示的な実装形態において１０２４×１０２４のサイズを有する行列を使用して、逆投影（Back-Projection：ＢＰＪ）を行う。
【００５０】
再構成部は、Ｓ５０６でのＢＰＪの後、Ｓ５０８にて、高密度プロジェクタ（High  Density  Forward  Projector：ＨＤ−ＦＰＪ）を適用する。ＨＤ−ＦＰＪは、イメージングシステムの検出器により決定されたものよりも緻密なサンプリングで、ビーム和を計算する。したがって、ＨＤ−ＦＰＪでは、検出器によって測定されたものではないビーム和、及び測定位置でのビーム和が得られる。このステップにて、以下の２つの検討事項のバランスが保たれる。
【００５１】
（１）再構成された関数はオリジナルのスキャン対象の被検体ほど鮮明ではないことから、測定角度での生成ビーム和は実測定データよりぼんやりしており、（２）測定光線の間の生成ビーム和により、各投影に対して新しい情報が得られる。
【００５２】
全ビューの蓄積である画像を介して光線が順投影されることから、これらの光線は、例えば線形補間又は非線形補間により、各ビューから単独に推定することはできない。
【００５３】
再構成部は、Ｓ５１０にて、オリジナルの単独サンプルデータ（Ｓ５０２から）と生成されたより高いサンプルデータ（Ｓ５０８から）を利用するサイノグラムアップサンプリング（更新）を実行する。このステップの目標は、高解像度サイノグラムを推定することである。アップサンプリングされたサイノグラムを取得する１つの手法は、アンチエイリアシング補間のためのフーリエベースの最適回復法に類似する、従来の最小二乗法による最小化によるものであり、二重サンプリングされた生成データが演繹的な情報として使用される。本開示による例示的な実装形態では、再構成部は、より簡単な手法を用いて、アップサンプリングされたサイノグラムを推定する。
【００５４】
以下において、ｘは第１の投影データ（オリジナルのサイノグラムとも言う）を示し、ｙは投影結果（生成されたサイノグラムとも言う）を示し、ｚは第２の投影データ（アップサンプリングされたサイノグラムとも言う）を示し、ｋはデータのサイズを示す。ｚ（２ｋ）＝ｘ（ｋ）、及び、ｚ（２ｋ＋１）＝ｙ（２ｋ＋１）＋（Δ（ｋ）＋Δ（ｋ＋１））／２、ここで、Δ（ｋ）＝ｄ＝ｘ（ｋ）−ｙ（２ｋ）である。
【００５５】
この実装形態は、生データ領域内の従来のパンシャープン手法の変形とみなすことができる。ここでは、再投影データは高解像度のパンクロ画像に対応し、測定された投影はスペクトル画像に対応する。ここでの目標は、測定された投影との差を最小限に抑える高解像度投影データを推定することである。
【００５６】
図５に戻る。再構成部は、Ｓ５１２〜Ｓ５１６では、Ｓ５１０のサイノグラム更新の結果として生じる高解像度投影データの再構成プロセスを定義する。再構成部は、Ｓ５１２にて、投影データ（即ち、更新された／アップサンプリングされたサイノグラム−高解像度サイノグラム）を、オリジナルのＦＦＴサイズの２倍のＦＦＴによって、フィルタリングカーネルでコンボリューションする。即ち、Ｓ５１２のＦＦＴサイズは、１０２４（即ち、１０２４個のビン）とすることができる。再構成部は、Ｓ５１４にて、例えば１０２４×１０２４のサイズの大きい行列を使用して、逆投影を行う。再構成部は、Ｓ５１６にて、結果として生じる再構成画像を、例えばディスプレイ等の処理デバイスに出力することができる。
【００５７】
この手法を、シミュレートした実際のＣＴデータで試験した。表１にはデータシミュレーションパラメータ及びジオメトリが示されており、図６には、本明細書で論じる実装形態において使用されたシミュレートされた小さいドーナツファントムが示されている。
【００５８】
【表１】
2015029913.tif 000003
【００５９】
図７は、２回抜取データ、ＨＤ−ＦＰＪ更新（ＨＤ−ＦＰＪステップＳ５０６に対応）、及びオリジナルデータのデータ線プロファイルを示す。図７では、ＨＤ−ＦＰＪ更新により、オリジナルデータがより２回抜取データに類似するように効果的に変換される。小さいファントムサイズのために、オリジナルのサンプルでは、ファントム（オリジナルのデータ線）の縁部がない。これらの縁部は、ＨＤ−ＦＰＪ（ＨＤ−ＦＰＪ更新ライン）により、少なくとも部分的に回復することができる。参考までに、真の２回抜取も示されている（２回抜取データ線）。ＨＤ−ＦＰＪ更新ラインでは、オリジナルの１回抜取データのみを利用する。
【００６０】
２回抜取データ、ＨＤ−ＦＰＪ更新、及びオリジナルデータについて、変調伝達関数（Modulation  Transfer  Function：ＭＴＦ）結果を図８に示す。図８は、オリジナルデータの単独使用と比較して、ＨＤ−ＦＰＪを用いて向上したナイキスト周波数及び向上した空間解像度を示す。
【００６１】
図９Ａ〜図９Ｂに、シミュレートされたデータを使用した結果を示す。図９Ａは、オリジナルのシミュレートされたデータを示し、図９Ｂは、ＨＤ−ＦＰＪ更新によりシミュレートされたデータを示す。
【００６２】
図１０Ａ〜図１０Ｂに、オリジナルデータ（図１０Ａ）の再構成画像、及び提案する手法（図１０Ｂ、ＨＤ−ＦＰＪを利用）による再構成画像を示す。
【００６３】
比較のために、シミュレートされたデータは、半分のサンプリングピッチ（２回抜取）と共に使用された。２回抜取は、空間解像度が大幅に向上することから、ターゲットとして使用される。頭部ファントムの実際のＣＴデータでの結果を、提案する手法の解像度向上を明示するために副鼻洞骨を拡大した画像である図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。
【００６４】
提案する手法では、サイノグラムサンプリングが向上し、結果として空間解像度が増大する。デコンボリューション法では、オーバシュートアーチファクトと同様に強いエイリアシングアーチファクトが発生し、これは、解像度向上の望ましくない副作用である。提案する手法ではオリジナルデータのサンプリング速度の向上を対象としていることから、実際のデータが示すように、エイリアシングアーチファクトは抑えられる。
【００６５】
再構成を拡大するとノイズ粒子が大きいことが多く、これは、ノイズ電力スペクトル（Noise  Power  Spectra：ＮＰＳ）が低い周波数の方へずれることにより特徴づけることができる。ノイズ粒子は、検出器画素サイズが画像ボクセルサイズより大きくなったときに、大きくなる。したがって、提案する手法は、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、ノイズテクスチャを向上させる。比較のために矩形領域を参照されたい。
【００６６】
提案する方法は順投影の精度を向上させることから、反復再構成と共に使用することができ、更に空間解像度を向上させるためにデコンボルーション技術と組み合わせることができる。ＨＤ−ＦＰＪでは、ボクセル投影面積のサンプリングが向上することから、システム光学モデルの精度が向上する。
【００６７】
なお、上述した実施形態においては、Ｘ線検出器における所定の方向がチャンネル方向である場合に、アキシャル画像を再構成する例について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、Ｘ線ＣＴ装置は、チャンネル方向へのＨＤ−ＦＰＪと同様にして、体軸方向についてＨＤ−ＦＰＪを実行してもよい。かかる場合、Ｘ線ＣＴ装置は、体軸方向に配列された検出素子（画素）の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素群に対して、連続した複数枚のアキシャル画像を中間画像データとして順投影した投影結果を取得する。そして、Ｘ線ＣＴ装置は、取得した投影結果に基づいて取得された第２の投影データを再構成して医用画像データを生成する。
【００６８】
また、例えば、Ｘ線ＣＴ装置は、連続した複数枚のアキシャル画像を、体軸方向に配列された検出素子エレメント（画素）の少なくとも一部の画素間に線形補間することで、アキシャル画像を更に生成してもよい。かかる場合、Ｘ線ＣＴ装置は、更に生成したアキシャル画像を含む連続した複数枚のアキシャル画像を中間画像データとし、この中間画像を順投影した投影結果を取得する。
【００６９】
また、Ｘ線ＣＴ装置は、チャンネル方向に配列された検出素子（画素）の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素群に対して、連続した複数枚のサジタル画像を中間画像データとして順投影した投影結果を取得するようにしてもよい。また、Ｘ線ＣＴ装置は、体軸方向に配列された検出素子（画素）の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素群に対して、サジタル画像を中間画像データとして順投影した投影結果を取得するようにしてもよい。
【００７０】
また同様に、例えば、Ｘ線ＣＴ装置は、連続した複数のサジタル画像を、チャンネル方向に配列された検出素子エレメント（画素）の少なくとも一部の画素間に線形補間することで、サジタル画像を更に生成してもよい。かかる場合、Ｘ線ＣＴ装置は、更に生成したサジタル画像を含む連続した複数枚のサジタル画像を中間画像データとし、この中間画像を順投影した投影結果を取得する。
【００７１】
また、Ｘ線ＣＴ装置は、チャンネル方向に配列された検出素子（画素）の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素群に対して、コロナル画像を中間画像データとして順投影した投影結果を取得するようにしてもよく、体軸方向に配列された検出素子（画素）の少なくとも一部の画素間について画素数を増加した第２の画素群に対して、コロナル画像を中間画像データとして順投影した投影結果を取得するようにしてもよい。
【００７２】
図２に示す構造を参照して、図１１に例示的な処理システムを示す。この例示的な処理システムは、中央演算装置（Central  Processing  Unit：ＣＰＵ）や少なくとも１つの特定用途向けプロセッサ（Application  Specific  Processor：ＡＳＰ）（図示せず）など、１以上のマイクロプロセッサ又は均等物を使用して実装することができる。マイクロプロセッサは、本開示のプロセス及びシステムの実行や制御を行うようにマイクロプロセッサを制御するように構成された、メモリ回路（例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、静的メモリ、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、及びそれらの均等物）などのコンピュータ可読記憶媒体を利用する回路である。他の記憶媒体を、ハードディスクドライブ又は光ディスクドライブを制御することができる、ディスクコントローラなどコントローラを介して制御することができる。
【００７３】
マイクロプロセッサ又はその態様は、代替実装形態において、本開示を増補するか完全に実装する論理回路を含むことができ、又は排他的に含むことができる。このような論理回路としては、特定用途向け集積回路（Application-Specific  Integrated  Circuit：ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field  Programmable  Gate  Array：ＦＰＧＡ）、Ｇｅｎｅｒｉｃ−Ａｒｒａｙ  ｏｆ  Ｌｏｇｉｃ（ＧＡＬ）、及びそれらの均等物が含まれるが、これらに限定されない。マイクロプロセッサは、別々のデバイス又は単一の処理機構とすることができる。更に、本開示は、計算効率の向上を達成するために、マルチコアＣＰＵ及びグラフィック処理装置（Graphics  Processing  Unit：ＧＰＵ）の並列処理能力を利することができる。マルチプロセッシング構成における１以上のプロセッサを採用して、メモリ内に含まれる命令のシーケンスを実行してもよい。あるいは、ハードワイヤード回路を、ソフトウェア命令の代わりに、又は、ソフトウェア命令と組み合わせて使用してもよい。このように、本明細書で論じる例示的な実装形態は、ハードウェア回路及びソフトウェアのいかなる特定の組合せにも限定されない。
【００７４】
別の態様において、本開示による処理の結果を、ディスプレイコントローラを介してディスプレイ（モニタ）に表示することができる。計算効率を向上させるために、ディスプレイコントローラは、複数のグラフィック処理コアにより提供することができる少なくとも１つのグラフィック処理装置を含むことが好ましい。更に、周辺機器として入出力（Input-Output：Ｉ／Ｏ）インターフェースに接続することができるマイク、スピーカ、カメラ、マウス、キーボード、タッチディスプレイ、パッドインターフェースなどから信号やデータを入力するために、Ｉ／Ｏ（入力／出力）インターフェースが設置される。例えば、本開示の様々なプロセスのパラメータ又はアルゴリズムを制御するキーボード又はポインティングデバイスをＩ／Ｏインターフェースに接続して、更なる機能性及び構成オプションを供給したり、ディスプレイ特性を制御したりすることができる。更に、モニタに、コマンド／命令インターフェースを実現するタッチセンサ方式インターフェースを設けることができる。
【００７５】
上述したコンポーネントは、制御可能なパラメータなどのデータの送信又は受信のためのネットワークインターフェースを介して、インターネットやローカルイントラネットなどネットワークに接続することができる。中央ＢＵＳは、上記のハードウェアコンポーネントを共に接続するために設けられ、また、その間のデジタル通信の少なくとも１つのパスを実現する。
【００７６】
図２のデータ収集システム５、プロセッサ６、及びメモリ７は、図１１に示す例示的な実装形態による１以上の処理システムを利用して実装することができる。具体的には、図１１に示すデバイスの１以上と対応する１以上の回路又はコンピュータハードウェアユニットは、データ収集システム５、プロセッサ６、及びメモリ７の機能を提供することができる。本明細書で説明する機能的処理は、説明する処理を行う回路などの１以上の専用回路内で実装することもできる。このような回路は、他のシステムに相互接続されたコンピュータ処理システム又は個別デバイスの一部とすることができる。本開示によるプロセッサは、コンピューターコード要素により本明細書で説明する機能処理を実行するようにプログラムすることができ、又は構成することができる。
【００７７】
更に、処理システムは、１実装形態において、ネットワーク又は他のデータ通信接続により互いに接続することができる。処理システムの１以上は、ガントリやＸ線源、患者ベッドの動きの起動及び制御を行うために、対応するアクチュエータに接続することができる。
【００７８】
適切なソフトウェアを、メモリやストレージデバイスなどの処理システムのコンピュータ可読媒体上に記憶することができることは明白である。コンピュータ可読媒体の他の例として、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、テープ、光磁気ディスク、ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、又は任意の他の磁気媒体、コンパクトディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、又はコンピュータが読み取ることができる任意の他の媒体がある。ソフトウェアとしては、デバイスドライバやオペレーティングシステム、開発ツール、アプリケーションソフト、グラフィカルユーザインターフェースを挙げることができるが、これらに限定されない。
【００７９】
上述した媒体上のコンピューターコード要素は、スクリプト、解釈可能なプログラム、ダイナミックリンクライブラリ（Dynamic  Link  Libraries：ＤＬＬ）、Ｊａｖａ（登録商標）クラス、及び完全な実行可能なプログラム（これらに限定されない）などの、任意の解釈可能な又は実行可能なコードメカニズムとすることができる。更に、本開示の態様の処理の部分は、性能、信頼性の向上や費用の低減を目的として分散させることができる。
【００８０】
処理システムのデータ入力部分は、例えばそれぞれの有線接続により、検出器又は検出器アレイから入力信号を受信する。複数のＡＳＩＣ又は他のデータ処理コンポーネントを、データ入力部を形成するものとして、又は、データ入力部に入力を供給するものとして設置することができる。ＡＳＩＣは、それぞれ、個別検出器アレイ又はそのセグメント（個別部分）から信号を受信することができる。検出器からの出力信号がアナログ信号であるとき、データの記録及び処理に使用するために、アナログ／デジタル変換器と共にフィルタ回路を設置することができる。フィルタリングは、アナログ信号のための個別フィルタ回路を用いずに、デジタルフィルタリングにより行うこともできる。あるいは、検出器がデジタル信号を出力するとき、デジタルフィルタリングやデータ処理は、検出器の出力から直に行うことができる。
【００８１】
以上、説明したとおり本実施形態によれば、再構成画像の空間解像度を向上させることができる。
【００８２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８３】
５  データ収集システム
６  プロセッサ
【図１】
2015029913.tif 000004
【図２】
2015029913.tif 000005
【図３】
2015029913.tif 000006
【図４Ａ】
2015029913.tif 000007
【図４Ｂ】
2015029913.tif 000008
【図５】
2015029913.tif 000009
【図６】
2015029913.tif 000010
【図１１】
2015029913.tif 000011
【図４Ｃ】
2015029913.tif 000012
【図７】
2015029913.tif 000013
【図８】
2015029913.tif 000014
【図９Ａ】
2015029913.tif 000015
【図９Ｂ】
2015029913.tif 000016
【図１０Ａ】
2015029913.tif 000017
【図１０Ｂ】
2015029913.tif 000018