(57)【要約】【課題】コンピュータ断層撮影画像再構成におけるアーチファクトを低減する。【解決手段】この方法は、まず、最初の再構成画像を収集するステップと、次に、最初の再構成画像についての全変分処理を行って、全変分再構成画像を生成するステップと、次に、最初の再構成画像についての初期金属アーチファクト低減処理を行って、初期金属アーチファクト低減再構成画像を生成するステップと、次に、全変分再構成画像と初期金属アーチファクト低減再構成画像とに基づいて重み付け画像を生成するステップであって、重み付け画像は、最初の再構成画像が白色帯アーチファクトを含むことを反映する、ステップと、次に、重み付け画像により最初の再構成画像の一部と初期金属アーチファクト低減再構成画像の一部とを組み合わせて最終画像を生成するステップであって、最終画像は、白色帯アーチファクトを含まない、ステップとを備える。【選択図】図３
2015066445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ断層撮影画像再構成におけるアーチファクトを低減するための方法であって、
最初の再構成画像を収集するステップと、
前記最初の再構成画像についての全変分処理を行って、全変分再構成画像を生成するステップと、
前記最初の再構成画像についての初期金属アーチファクト低減処理を行って、初期金属アーチファクト低減再構成画像を生成するステップと、
前記全変分再構成画像と前記初期金属アーチファクト低減再構成画像とに基づいて重み付け画像を生成するステップであって、前記重み付け画像は、前記最初の再構成画像が白色帯アーチファクトを含むことを反映する、ステップと、
前記重み付け画像により前記最初の再構成画像の一部と前記初期金属アーチファクト低減再構成画像の一部とを組み合わせて最終画像を生成するステップであって、前記最終画像は、白色帯アーチファクトを含まない、ステップと
を備える方法。
【請求項２】
前記全変分再構成画像と前記初期金属アーチファクト低減再構成画像とに基づいて重み付け画像を生成するステップがさらに、
前記全変分再構成画像の行列から前記初期金属アーチファクト低減再構成画像を減算して、初期重み付け画像行列を生成するステップと、
前記初期重み付け画像行列にガウシアンぼけ処理を適用して、ガウシアン重み付け画像行列を生成するステップと、
前記ガウシアン重み付け画像行列に正規化処理を適用して、前記重み付け画像を生成するステップと
を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像再構成におけるアーチファクトを低減するための方法。
【請求項３】
前記正規化処理が前記ガウシアン重み付け画像行列を前記ガウシアン重み付け画像のＣＴ値の最大値で除算することであることを特徴とする、請求項２に記載のコンピュータ断層撮影画像再構成におけるアーチファクトを低減するための方法。
【請求項４】
最終画像を生成する前記方法が、前記重み付け画像に前記初期金属アーチファクト低減再構成画像の行列を乗算したものに、１から前記重み付け画像行列を減算した結果と前記最初の再構成画像の行列との積を加算することであることを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影画像再構成におけるアーチファクトを低減するための方法。
【請求項５】
前記初期金属アーチファクト低減処理が、
前記最初の再構成画像における金属投影領域を決定するステップと、
前記金属投影領域における投影値についての補間補正処理を行うステップと、
前記最初の再構成画像についての復元および再構成処理を行うステップと
を備えることを特徴とする、請求項１に記載のＣＴ画像再構成におけるアーチファクトを低減するための方法。
【請求項６】
コンピュータ断層撮影画像再構成におけるアーチファクトを低減するための装置（９００）であって、
最初の再構成画像を収集するための収集手段（９０１）と、
前記収集された最初の再構成画像についての全変分処理を行って、全変分再構成画像を生成するための全変分処理手段（９０２）と、
前記最初の再構成画像についての初期金属アーチファクト低減処理を行って、初期金属アーチファクト低減再構成画像を生成するための初期金属アーチファクト低減処理手段（９０３）と、
前記全変分再構成画像と前記初期金属アーチファクト低減再構成画像とに基づいて重み付け画像を生成するための重み付け画像生成手段（９０４）であって、前記重み付け画像は、前記最初の再構成画像が白色帯アーチファクトを含むことを反映する、重み付け画像生成手段（９０４）と、
前記重み付け画像により前記最初の再構成画像の一部と前記初期金属アーチファクト低減再構成画像の一部とを組み合わせて最終画像を生成するための最終画像生成手段（９０５）であって、前記最終画像は、白色帯アーチファクトを含まない、最終画像生成手段（９０５）と
を備える装置（９００）。
【請求項７】
前記重み付け画像生成手段（９０４）がさらに、
前記全変分再構成画像の行列から前記初期金属アーチファクト低減再構成画像を減算して、初期重み付け画像行列を生成するための初期重み付け演算手段（９０４１）と、
前記初期重み付け画像行列にガウシアンぼけ処理を適用して、ガウシアン重み付け画像行列を生成するためのガウシアンぼけ処理手段（９０４２）と、
前記ガウシアン重み付け画像行列に正規化処理を適用して、前記重み付け画像を生成するための正規化処理手段（９０４３）と
を備えることを特徴とする、請求項６に記載のコンピュータ断層撮影画像再構成におけるアーチファクトを低減するための装置（９００）。
【請求項８】
前記正規化処理が前記ガウシアン重み付け画像行列を前記ガウシアン重み付け画像のＣＴ値の最大値で除算することであることを特徴とする、請求項７に記載のコンピュータ断層撮影画像再構成におけるアーチファクトを低減するための装置（９００）。
【請求項９】
前記最終画像生成手段（９０５）がさらに、前記重み付け画像に前記初期金属アーチファクト低減再構成画像の行列を乗算したものに、１から前記重み付け画像行列を減算した結果と前記最初の再構成画像の行列との積を加算するために使用されることにより、前記最終画像を生成することを特徴とする、請求項６に記載のコンピュータ断層撮影画像再構成におけるアーチファクトを低減するための装置（９００）。
【請求項１０】
前記初期金属アーチファクト低減処理手段（９０３）がさらに、
前記最初の再構成画像における金属投影領域を決定し、
前記金属投影領域における投影値についての補間補正処理を行い、
前記最初の再構成画像についての復元および再構成処理を行う
ために使用されることを特徴とする、請求項６に記載のコンピュータ断層撮影画像再構成におけるアーチファクトを低減するための装置（９００）。
【請求項１１】
コンピュータ断層撮影機器であって、
最初の再構成画像を生成するために、Ｘ線を利用して対象を走査し、生データを得るための走査手段と、
前記走査手段に動作可能に結合されたプロセッサであって、
最初の再構成画像を収集することと、
前記最初の再構成画像についての全変分処理を行って、全変分再構成画像を生成することと、
前記最初の再構成画像についての初期金属アーチファクト低減処理を行って、初期金属アーチファクト低減再構成画像を生成することと、
前記全変分再構成画像と前記初期金属アーチファクト低減再構成画像とに基づいて重み付け画像を生成することであって、前記重み付け画像は、前記最初の再構成画像が白色帯アーチファクトを含むことを反映することと、
前記重み付け画像により前記最初の再構成画像の一部と前記初期金属アーチファクト低減再構成画像の一部とを組み合わせて最終画像を生成することであって、前記最終画像は、白色帯アーチファクトを含まないことと
を実現するようにプログラム可能である、プロセッサと
を備えるコンピュータ断層撮影機器。
【請求項１２】
不揮発性記録媒体に記憶された命令を備えるコンピュータプログラム製品であって、前記命令は、プロセッサにおいて実行された場合に請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法を実現する、コンピュータプログラム製品。
【請求項１３】
プロセッサにおいて実行された場合に請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法を実現する命令を記憶する、不揮発性記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）に関し、特に、ＣＴ画像再構成におけるアーチファクトを低減するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
補助診断デバイスは、磁気共鳴（ＭＲ）システム、超音波システム、Ｘ線コンピュータ断層撮影システム、Ｘ線陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）システム、核医学および他のタイプの撮像システムを含む。
【０００３】
たとえば、患者のＸ線ＣＴ撮像を行うためにＣＴシステムが採用される場合、患者の身体の内部構造の特徴および関心領域（ＲＯＩ）の撮像のためにＸ線が使用される。撮像は、ＣＴスキャナによって行れる。動作中、撮影される対象に対し走査が行れ、生データが収集され、次に、生データにしたがって画像が再構成される。
【０００４】
金属物質のような高いＸ線吸収特性を有する対象は、再構成されたＣＴ画像においてアーチファクトをもたらし、診断結果に影響を及ぼすだろう。たとえば、金属義歯、人工関節、生検針、止血鉗子、等は、画像の再構成処理中に細線状また放射状の光を生成するだろう。
【０００５】
これらのアーチファクトは、既存の金属アーチファクト低減（ＭＡＲ）技法によって低減させることができる。しかしながら、いくつかの既存の金属アーチファクト低減技法は、アーチファクトを低減する一方で、ことによると画像の解像度を低下させるという問題に悩まされ得る。または、解像度の問題は考慮されるが、ことによると白色帯アーチファクトのような金属アーチファクトの問題が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】中国特許第２０１３０４６１１５６号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一実施形態は、ＣＴ画像再構成におけるアーチファクトを低減するための方法を提供する。この方法は、まず、最初の再構成画像を収集するステップと、次に、最初の再構成画像についての全変分処理を行って、全変分再構成画像を生成するステップと、次に、最初の再構成画像についての初期金属アーチファクト低減処理を行って、初期金属アーチファクト低減再構成画像を生成するステップと、次に、全変分再構成画像と初期金属アーチファクト低減再構成画像とに基づいて重み付け画像を生成するステップであって、重み付け画像は、最初の再構成画像が白色帯アーチファクトを含むことを反映する、ステップと、次に、重み付け画像により最初の再構成画像の一部と初期金属アーチファクト低減再構成画像の一部とを組み合わせて最終画像を生成するステップであって、最終画像は、白色帯アーチファクトを含まない、ステップとを備える。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、ＣＴ画像再構成におけるアーチファクトを低減するための装置を提供する。この装置は、収集手段と、全変分処理手段と、初期金属アーチファクト低減処理手段と、重み付け画像生成手段と、最終画像生成手段とを備える。収集手段は主に、最初の再構成画像を収集するために使用され、全変分処理手段は主に、収集された最初の再構成画像についての全変分処理を行って、全変分再構成画像を生成するために使用され、初期金属アーチファクト低減処理手段は主に、最初の再構成画像についての初期金属アーチファクト低減処理を行って、初期金属アーチファクト低減再構成画像を生成するために使用され、重み付け画像生成手段は主に、全変分再構成画像と初期金属アーチファクト低減再構成画像とに基づいて重み付け画像を生成するために使用され、重み付け画像は、最初の再構成画像が白色帯アーチファクトを含むことを反映し、最終画像生成手段は主に、重み付け画像により最初の再構成画像の一部と初期金属アーチファクト低減再構成画像の一部とを組み合わせて最終画像を生成するために使用され、最終画像は、白色帯アーチファクトを含まない。
【０００９】
本発明に係るさらなる実施形態は、不揮発性記録媒体に記憶された命令を備えるコンピュータプログラム製品を提供し、その命令は、プロセッサにおいて実行された場合に、本発明の実施形態に示す方法のステップを実現する。
【００１０】
実施形態の第４の態様は、プロセッサにおいて実行された場合に本発明の実施形態に示す方法のステップを実現する命令を記憶した不揮発性記憶媒体を提供する。
【００１１】
本発明の開示をより完全に理解するために、以下の図面と組み合わせて提供される以下の詳細な説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示に係るＣＴ撮像システムの構造図である。
【図２】図２は、図１に示したシステムの模式的なブロック図である。
【図３】図３は、本開示の実施形態に係る金属アーチファクト低減技法の処理のフローチャートである。
【図４】図４は、金属アーチファクト低減技法を採用せずに最初に再構成された画像を示す図である。
【図５】図５は、既存の金属アーチファクト低減技法を採用することによって再構成された画像を示す図である。
【図６】図６は、本開示の実施形態に係る最初の再構成画像に全変分処理を採用することによって生成された画像を示す図である。
【図７】図７は、本開示の実施形態にしたがって生成された重み付け画像を示す図である。
【図８】図８は、本開示の実施形態に係る金属アーチファクト低減技法を採用することによって再構成された最終画像を示す図である。
【図９】図９は、本開示の実施形態に係る画像再構成における金属アーチファクト低減のための装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明では、その一部としての添付図面に関連して、本開示が達成されるいくつかの特定の実施形態が例示される。実施形態は、当業者に本開示の実行を可能にさせるのに十分な程度に詳しく説明される。本開示のさまざまな実施形態の範囲から逸脱せずに、実施形態が組み合わせられ得ること、または他の実施形態が使用され得ること、かつ、構造的、論理的、および電気的な変更が行れ得ることが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的であるというよりもむしろ例示的であるとみなされるべきである。本発明の範囲は、添付の請求項およびその均等物であると定義される。
【００１４】
図１および図２を参照すると、Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システム１０が架台１２を備えることが示されている。限定ではない例として、システム１０は、「第三世代」ＣＴスキャナを備える。架台１２は、架台１２の反対側の検出器アセンブリ１８に向かってＸ線ビーム１６を投影するＸ線源１４を有する。検出器アセンブリ１８は、複数の検出器２０とデータ収集システム（ＤＡＳ）３２とで構成される。複数の検出器２０は、内科患者２２を通過する投影されたＸ線を検知し、各検出器２０は、それが内科患者２２を通過する際に患者に衝突して減弱させられたＸ線ビームの強度を表すアナログ電気信号を発生させる。検出器２０は普通、検出器で受け取られたＸ線ビームをコリメートするコリメータと、Ｘ線を光度エネルギーに変換するコリメータに隣接したシンチレータと、隣接したシンチレータからの光度エネルギーとそれから生成された電気信号とを受け取る光ダイオードとを備える。一般的に、シンチレータのアレイにおける各シンチレータがＸ線を光度エネルギーに変換するだろう。各シンチレータは光度エネルギーを、それに隣接した光ダイオードに放出するだろう。各光ダイオードは、光度エネルギーを検出し、対応する電気信号を生成する。検出器アセンブリ１８の各検出器２０は、個々の電気信号を発生させ、電気信号は、衝突する放射線ビーム（たとえば、Ｘ線ビーム）の強度を表すので、それが対象または内科患者２２を通過する際の放射線ビームの減弱を推定するために使用され得る。
【００１５】
Ｘ線投影データを収集するための走査中、架台１２とそれに取り付けられたコンポーネントは、回転中心２４の周りを回転する。架台１２の回転およびＸ線源１４の動作は両者とも、ＣＴシステム１０の制御メカニズム２６によって管理され得る。制御メカニズム２６は、Ｘ線源１４に電力およびタイミング信号を提供するＸ線コントローラ２８と、架台１２の回転速度および位置を制御する架台モーターコントローラ３０とを備える。制御メカニズム２６におけるＤＡＳ３２は、検出器２０からのアナログデータをサンプリングし、後の処理のためにアナログデータをデジタル信号に変換する。ＤＡＳ３２の出力は、特定の架台回転角（たとえば、ビュー角度）で得られた、減弱測定における投影データのセットを含む。架台１２が回転すると、一回転で複数のビューが得られ得る。一回転は、架台１２の完全な３６０度の旋回のことを言う。各ビューは、対応するビュー角度と架台１２上の特定の位置とを有する。
【００１６】
再構成画像が、コンピュータ３６への入力として使用され、それは、大容量記憶デバイス３８において画像を記憶する。
【００１７】
コンピュータ３６はまた、オペレータコンソール４０を介してオペレータからコマンドおよび走査パラメータを受け取る。オペレータコンソール４０は、キーボード、マウス、音声作動式コントローラ、または任意の他の適切な入力デバイスといった、ある特定の形態のオペレータインターフェースを有する。関連づけられたディスプレイ４２が、コンピュータ３６からの再構成画像および他のデータの閲覧をオペレータに可能にさせる。オペレータからのコマンドおよびパラメータは、ＤＡＳ３２、Ｘ線コントローラ２８、および架台モーターコントローラ３０に制御信号と情報を提供するために、コンピュータ３６によって使用され得る。加えて、コンピュータ３６は、テーブルモーターコントローラ４４を動作させ、それは、内科患者２２と架台１２とを位置決めするようモーター駆動式テーブル４６を制御する。特に、モーター駆動式テーブル４６は、図１に示すように、全体または一部が架台開口４８を通るよう内科患者２２を移動させる。
【００１８】
一実施形態において、コンピュータ３６は、デバイス５０、たとえば、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのようなコンピュータ可読媒体５２、またはネットワークまたはインターネットのような別のデジタルソースからの、命令および／またはデータを読み取る、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）デバイス、またはイーサネット（登録商標）デバイスのようなネットワーク接続デバイスを含む任意の他のデジタルデバイスだけでなく、まだ開発されていないデジタルデバイスを含む。別の実施形態において、コンピュータ３６は、（図示されていない）ファームウェアに記憶された命令を実行する。いくつかの構成において、コンピュータ３６および／または画像再構成部３４は、本明細書に記載される機能を実行するようにプログラムされる。
【００１９】
以下の実施形態は、本開示を説明するために臀部の投影図を例に挙げる。この例では、両側の下肢骨が金属を含む。図４は、金属アーチファクト低減技法を採用せずに最初に再構成された画像Ｉorigであり、その画像からは、無数の細線と２本の太い白線、すなわち、白色帯アーチファクトが存在することが理解され得る。
【００２０】
図３は、本開示に係る金属アーチファクト低減技法の処理のフローチャートである。最初に、ステップ３０２で、最初の再構成画像Ｉorigが収集される。最初の再構成画像Ｉorigは、画像再構成部３４においてＤＡＳ３２の投影データを再構成した後に入力されることができ、また、大容量記憶デバイス３８から収集されることもでき、オプションで、コンピュータ３６から収集されることもできる。次に、ステップ３０４で、最初の再構成画像Ｉorigを処理するために全変分法が使用される。処理のために全変分法を使用する１つの目的は、最初の再構成画像中の細線およびノイズを除去し、ノイズ除去すると同時にいくらかの詳細を保持することである。全変分処理された画像ＩTVが図６によって示され、全変分処理後、重み付け画像を生成するために、細線アーチファクトが低減すると同時に太い白色帯アーチファクトが保持されることが明らかに理解され得る。全変分処理は、勾配降下技法によって達成される。全変分は、各点の画像勾配の全画素の合計として定義され、
【００２１】
【数１】
2015066445.tif 000003
として表現される。
【００２２】
まず、偏導関数が、
【００２３】
【数２】
2015066445.tif 000004
について計算され、画像の変分の正規化が、以下のように計算される。
【００２４】
【数３】
2015066445.tif 000005
ここで、
【００２５】
【数４】
2015066445.tif 000006
は、相対的に小さい正の数であり、その加算は、勾配計算における特異点を回避するためである。
【００２６】
次に、以下の式を採用して、ある特定の回数の反復を行うことにより、全変分処理後の画像データが得られる。
【００２７】
【数５】
2015066445.tif 000007
値αの選択および反復回数の決定には、実験法が採用され得る。値αが大きすぎると、収束は速すぎるが、値αが小さすぎれば、非常に多くの再三の反復が存在する。反復回数と収束率とのバランスをとるために、値αは当初非常に大きく設定され、解放係数β＜１が使用されて徐々にそれが減じられるだろう。ｋ回の反復の後、値αが以下のように計算される。
αk＝α1β(k-1)
初期のα＝０．０１７５で、β＝０．９である場合、３５回の反復の後、基本的に安定した値αが導出される。それは、値αが０．００２とされ、反復回数が１００である、全変分の結果と等しい。
【００２８】
同時に、または続いて、ステップ３０６で、たとえば、最初の再構成画像Ｉorigにおける金属投影領域を決定するステップと、金属投影領域における投影値についての補間補正処理を行うステップと、次に、金属アーチファクトを前もって低減するために最初の再構成画像Ｉorigについての復元および再構成処理を行うステップとによって、既存の金属アーチファクト低減技法が最初の再構成画像Ｉorigに適用され、既存の金属アーチファクト低減技法を最初の再構成画像Ｉorigに適用することによって生成された初期金属アーチファクト低減再構成画像ＩMAR initialが、図５に示され、細線が明らかに除去されているが、下肢骨の周りの解像度が低下し、ぼけていることが理解され得る。
【００２９】
既存の金属アーチファクト低減技法は、上に挙げた例に限定されず、当該技術において周知の、または一般的に使用される、さまざまな金属アーチファクト低減技法であり得る、ということに注意すべきである。
【００３０】
次に、ステップ３０８で、画像ＩTVの行列から画像ＩMAR initialの行列を減算することにより、図７に示す初期重み付け画像Ｉinitial weightが、以下の式を使用して、生成される。
Ｉinitial weight＝ＩTV−ＩMAR initial
次に、ステップ３１０で、ガウシアン平滑化処理が初期重み付け画像Ｉinitial weightに適用されて、Ｉblurred weightが生成される。ガウシアン平滑化フィルタは、画像処理のノイズ低減において広く使用される、ガウシアンノイズの除去のための線形平滑化フィルタである。簡潔に言うと、ガウシアンフィルタは、全画像の重み付け平均を行う処理であり、各画素点の値が、それ自身とその近傍の他の画素値との重み付け平均を行うことによって得られる。ガウシアンフィルタの具体的な動作は、テンプレート（または、たたみこみ、マスクと呼ばれる）を使用して画像中の各画素を走査すること、テンプレートの中心画素点の値に、テンプレートによって決定された近傍の画素の重み付け平均濃淡値を代入することである。
【００３１】
そして、ステップ３１２で、ガウシアンぼけ処理が適用された後、さらに正規化処理が適用されて、Ｉnormalized weightが生成される。正規化の目的は、０〜１の数を表す範囲内の重みを発生させることである。正規化処理の式は、以下のとおりである。
Ｉnormalized weight＝Ｉblurred weight／ｍａｘ（Ｉblurred weightのＣＴ値）
次に、ステップ３１４で、上記のさまざまな結果にしたがい、最終再構成画像Ｉfinalが、以下の式を使用する計算によって生成される。
Ｉfinal＝Ｉnormalized weight＊ＩMAR initial＋（１−Ｉnormalized weight）＊Ｉorig
生成された最終再構成画像Ｉfinalを図８に示す。明らかに、太い白線のアーチファクトが除去され、その位置での不十分な量の情報が修復され、既存の金属アーチファクト低減技法と比較すると、脚の接合の不十分な解像度の欠陥が軽減されている。
【００３２】
図９は、本開示の実施形態に係る画像再構成における金属アーチファククトの低減のための装置のブロック図である。ＣＴ画像再構成におけるアーチファクトを低減するための装置９００は、収集手段９０１と、全変分処理手段９０２と、初期金属アーチファクト低減処理手段９０３と、重み付け画像生成手段９０４と、最終画像生成手段９０５とを備える。収集手段９０１は少なくとも、全変分処理手段９０２と、初期金属アーチファクト低減処理手段９０３と、最終画像生成手段９０５とに結合され、重み付け画像生成手段９０４は少なくとも、全変分処理手段９０２と、初期金属アーチファクト低減処理手段９０３と、最終画像生成手段９０５とに結合される。図９では、例示のために、さまざまな手段が互いに結合される。しかしながら、以下のさまざまな機能が実現され得る限りにおいて、さまざまな手段が任意の他の接続手法で互いに結合され得ることに注意すべきである。さらに、複数の手段の機能は、実現のために１つの手段に組み込まれ得る一方で、各手段はまた、実現のためにより多くの手段にさらに分割されることもでき、システムにおける同一の手段の数は、１を超え得る。
【００３３】
収集手段９０１は主に、最初の再構成画像を収集するために使用され、全変分処理手段９０２は主に、収集された最初の再構成画像についての全変分処理を行って、全変分再構成画像を生成するために使用され、初期金属アーチファクト低減処理手段９０３は主に、最初の再構成画像についての初期金属アーチファクト低減処理を行って、初期金属アーチファクト低減再構成画像を生成するために使用され、重み付け画像生成手段９０４は主に、全変分再構成画像と初期金属アーチファクト低減再構成画像とに基づいて重み付け画像を生成するために使用され、重み付け画像は、最初の再構成画像が白色帯アーチファクトを含むことを反映し、最終画像生成手段９０５は主に、重み付け画像により最初の再構成画像の一部と初期金属アーチファクト低減再構成画像の一部とを組み合わせて最終画像を生成するために使用され、最終画像は、白色帯アーチファクトを含まない。
【００３４】
まず、収集手段９０１が、最初の再構成画像Ｉorigを収集する。最初の再構成画像Ｉorigは、画像再構成部３４においてＤＡＳ３２の投影データを再構成した後に入力されることができ、また、大容量記憶デバイス３８から収集されることもでき、オプションで、コンピュータ３６から収集されることもできる。次に、全変分処理手段９０２が、全変分法を使用して最初の再構成画像Ｉorigを処理する。処理のために全変分法を使用する１つの目的は、最初の再構成画像中の細線およびノイズを除去し、ノイズ除去すると同時にいくらかの詳細を保持することである。全変分処理された画像ＩTVが図６によって示され、全変分処理後、重み付け画像を生成するために、細線アーチファクトが低減すると同時に太い白色帯アーチファクトが保持されることが明らかに理解され得る。全変分処理の一例は、上述されている。
【００３５】
同時に、または続いて、初期金属アーチファクト低減（ＭＡＲ）処理手段９０３が、たとえば、最初の再構成画像Ｉorigにおける金属投影領域を決定するステップと、金属投影領域における投影値についての補間補正処理を行うステップと、次に、金属アーチファクトを前もって低減するために最初の再構成画像Ｉorigについての復元および再構成処理を行うステップとによって、既存の金属アーチファクト低減技法を最初の再構成画像Ｉorigに適用し、既存の金属アーチファクト低減技法を最初の再構成画像Ｉorigに適用することによって生成された初期金属アーチファクト低減再構成画像ＩMAR initialが、図５に示され、細線が明らかに除去されているが、下肢骨の周りの解像度が低下し、ぼけていることが理解され得る。
【００３６】
既存の金属アーチファクト低減技法は、上に挙げた例に限定されず、当該技術において周知の、または一般的に使用される、さまざまな金属アーチファクト低減技法であり得る、ということに注意すべきである。
【００３７】
重み付け画像生成手段９０４が、重み付け画像を生成するために使用される。一実施形態によると、この手段はさらに、初期重み付け画像生成手段９０４１と、ガウシアンぼけ処理手段９０４２と、正規化処理手段９０４３とを備える。初期重み付け画像生成手段９０４１は、以下の式を使用して、画像ＩTVの行列から画像ＩMAR initialの行列を減算することにより、図７に示す初期重み付け画像Ｉinitial weightを生成する。
Ｉinitial weight＝ＩTV−ＩMAR initial
ガウシアンぼけ処理手段９０４２が、初期重み付け画像Ｉinitial weightにガウシアン平滑化処理を適用してＩblurred weightを生成する。ガウシアン平滑化フィルタは、画像処理のノイズ低減において広く使用される、ガウシアンノイズの除去のための線形平滑化フィルタである。簡潔に言うと、ガウシアンフィルタは、全画像の重み付け平均を行う処理であり、各画素点の値が、それ自身とその近傍の他の画素値との重み付け平均を行うことによって得られる。ガウシアンフィルタの具体的な動作は、テンプレート（または、たたみこみ、マスクと呼ばれる）を使用して画像中の各画素を走査すること、テンプレートの中心画素点の値に、テンプレートによって決定された近傍の画素の重み付け平均濃淡値を代入することである。
【００３８】
正規化処理手段９０４３がさらに、Ｉnormalized weightを生成するために、ガウシアンぼけ処理が適用された重み付け画像に正規化処理を適用する。正規化の目的は、０〜１の数を表す範囲内の重みを発生させることである。正規化処理の式は、以下のとおりである。
Ｉnormalized weight＝Ｉblurred weight／ｍａｘ（Ｉblurred weightのＣＴ値）
上記のさまざまな結果にしたがい、最終画像生成手段９０５が、以下の式を使用して、最終再構成画像Ｉfinalを計算する。
Ｉfinal＝Ｉnormalized weight＊ＩMAR initial＋（１−Ｉnormalized weight）＊Ｉorig
生成された最終再構成画像Ｉfinalを図８に示す。明らかに、太い白線のアーチファクトが除去され、その位置での不十分な量の情報が修復され、既存の金属アーチファクト低減技法と比較すると、脚の接合の不十分な解像度の欠陥が軽減されている。
【００３９】
本明細書において使用される場合、「ａ」または「ａｎ」という用語は、単数と２以上の複数との両方を意味するように意図される。「または」という用語は、そうでないと示されていない限り、包括的なまたはを意味する。
【００４０】
また、本明細書において使用される場合、「画像を再構成すること」という句は、閲覧可能な画像の代わりに、画像を表すデータが生成される、本開示の実施形態を排除するように意図されたものではない。したがって、「画像」という用語は一般的に、閲覧可能な画像および閲覧可能な画像を表すデータのことを言う。しかしながら、多くの実施形態は、少なくとも１つの閲覧可能な画像を生成する（または、生成するように構成される）。
【００４１】
本開示の動作環境は、１６スライスＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムに関し説明されている。しかしながら、当業者は、本開示が、マルチスライス構成システム、および、動作中に焦点を移動または「微小変動」させ得るシステムにも適用可能であることを理解するだろう。さらに、本開示は、Ｘ線の検出および変換について説明されている。しかしながら、当業者はさらに、本開示が他の高周波電磁エネルギーの検出および変換にも適用可能であることを理解するだろう。上述した特定の実施形態は、第三世代ＣＴシステムに関連して説明されているが、本明細書に説明された方法は、第四世代ＣＴシステム（たとえば、回転するＸ線源を伴う固定検出器）および第五世代ＣＴシステム（たとえば、固定検出器およびＸ線源）にも適用される。加えて、本開示の恩恵は、ＣＴ以外の撮像モダリティ、たとえば、ＭＲＩ、ＳＰＥＣＴ、およびＰＥＴに拡張することが意図される。
【００４２】
さまざまな実施形態またはそのコンポーネントは、コンピュータシステムの一部として達成され得る。コンピュータシステムは、コンピュータ、入力デバイス、表示ユニット、および、たとえばインターネットに接続するための、インターフェースを含み得る。マイクロプロセッサが、通信バスに接続され得る。コンピュータはまた、メモリを含み得る。メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）を含み得る。コンピュータシステムはさらに、ハードディスクドライブ、または、フロッピー（登録商標）ディスクドライブおよび光学式ドライブといった取り外し可能な記憶デバイスであり得る、記憶デバイスを含み得る。記憶デバイスはまた、コンピュータプログラムまたは他の命令をコンピュータシステムにロードするための他の同様のデバイスにおいて使用され得る。
【００４３】
本開示のさまざまな実施形態において、本明細書に説明されたＣＴ再構成におけるアーチファクトを低減するための方法を作成する方法は、プロセッサの形態で具体化され得る。プロセッサの典型的な例は、汎用コンピュータと、プログラムされたマイクロプロセッサと、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）と、マイクロコントローラと、周辺用集積回路素子と、本明細書に説明された方法のステップを実現可能な他の機器または機器のレイアウトとを含む。
【００４４】
本明細書において使用される場合、「コンピュータ」という用語は、当該技術においてコンピュータと呼ばれる集積回路に限定されるものではなく、本明細書に説明された機能を実行可能な、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、および任意の他の回路またはプロセッサを使用したシステムを含む、プロセッサベースまたはマイクロプロセッサベースの任意のシステムを含み得る。上記の例は、例示にすぎず、決して「コンピュータ」という用語の定義および／または意味を限定するように意図されるものではない。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、特定用途向け集積回路、および他のプログラマブル回路といった用語が、本明細書において置き替え可能に使用される。
【００４５】
処理エンティティが、（コンピュータ使用可能媒体としても知られている）１つまたは複数の記憶素子に記憶された、（たとえば、方法のステップに対応する）命令のセットを実行する。メモリ素子は、プロセッサにおけるデータベースまたは物理記憶素子の形態をとり得る。メモリ素子はまた、必要とされるデータまたは他の情報を維持し得る。物理メモリは、たとえば、電子、磁気、光、電磁気、赤外線、または半導体システム、装置、機器、または伝送媒体であり得るが、これらに限定されない。物理メモリのさらなる具体例は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、およびコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）を含み得るが、これらに限定されない。これらのメモリタイプは例示にすぎず、コンピュータプログラムを記憶するために使用され得るメモリのタイプは限定的ではない。
【００４６】
命令セットは、本開示のさまざまな実施形態における処理のような特定の動作を実行するようプロセッサに命令する、さまざまなコマンドを含み得る。命令セットは、ソフトウェアプログラムの形態であり得る。ソフトウェアは、システムソフトウェアまたはアプリケーションソフトウェアといった、さまざまな形態であり得る。加えて、ソフトウェアは、独立したプログラム、より大きなプログラムにおけるプログラムモジュール、またはいくつかのプログラムモジュールのセットであり得る。ソフトウェアはまた、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュラープログラミングを含み得る。プロセッサは、ユーザのコマンド、以前の処理の結果、または別のプロセッサによって行れた要求に応答して、入力データを処理し得る。
【００４７】
本開示のさまざまな実施形態において、ＣＴ再構成におけるアーチファクトを低減するための方法は、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせによって実現され得る。たとえば、本開示のさまざまな実施形態において提供された方法は、標準プログラミング言語（たとえば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、等）を使用することによってソフトウェアにおいて実現され得る。本明細書において使用される場合、「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は、置き替え可能に使用されることができ、コンピュータによる実行のためにメモリに記憶された任意のコンピュータプログラム可能なものを含み得る。
【００４８】
加えて、本明細書に記載された方法は、医学的状況において使用されるＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムに関し説明されているが、これらの恩恵が、磁気共鳴（ＭＲ）システム、超音波システム、Ｘ線陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）システム、核医学および他のタイプの撮像システムを容易にし得ることが期待され得る。それは、脳、胃、心臓、肺、または肝臓といった生体器官を含む、特定の器官または構造、横隔膜、胸壁、胸郭、肋骨、脊椎、胸骨、または骨盤といった生体組織、腫瘍、創傷、または、たとえば圧迫骨折といった、痛む箇所に適用され得る。
【符号の説明】
【００４９】
１０  Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システム
１２  架台
１４  Ｘ線源
１６  Ｘ線ビーム
１８  検出器アセンブリ
２０  検出器
２２  内科患者
２４  回転中心
２６  制御メカニズム
２８  Ｘ線コントローラ
３０  架台モーターコントローラ
３２  データ収集システム（ＤＡＳ）
３４  画像再構成部
３６  コンピュータ
３８  大容量記憶デバイス
４０  オペレータコンソール
４２  関連づけられたディスプレイ
４４  テーブルモーターコントローラ
４６  モーター駆動式テーブル
４８  架台開口
５０  デバイス
５２  コンピュータ可読媒体
９００  ＣＴ画像再構成におけるアーチファクトを低減するための装置
９０１  収集手段
９０２  全変分処理手段
９０３  初期金属アーチファクト低減処理手段
９０４  重み付け画像生成手段
９０４１  初期重み付け画像生成手段
９０４２  ガウシアンぼけ処理手段
９０４３  正規化処理手段
９０５  最終画像生成手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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