(57)【要約】  本発明は物体が運動する場合のＣＴ画像における運動アーティファクトを低減するＣＴ画像再構成方法、ＣＴ画像再構成装置およびＣＴシステムを提供する。Ｘ線でスキャンして取得した投影データに基づいてＣＴ画像を再構成するＣＴ画像再構成方法は、運動物体のＣＴ画像における位置を検出する運動物体位置検出ステップと、運動物体の前記位置に基づいて視点と角度範囲を選択し、前記視点と角度範囲に基づいて前記投影データにおける部分角度のデータを選択する部分角度選択ステップと、前記部分角度のデータに基づいて部分角度制約条件を生成する部分角度制約ステップと、前記部分角度制約条件を用いて、反復再構成によってＣＴ画像を生成する反復再構成ステップと、を含む。これにより、運動物体のＣＴ画像における時間解像度を向上し、運動アーティファクトを減少させることができる。注）  選択図は図２とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線でスキャンして取得した投影データに基づいてＣＴ画像を再構成するＣＴ画像再構成方法であって、
ＣＴ画像における運動物体の位置を検出する運動物体位置検出ステップと、
運動物体の前記位置に基づいて視点と角度範囲を選択し、前記視点と角度範囲に基づいて前記投影データにおける部分角度のデータを選択する部分角度選択ステップと、
前記部分角度のデータに基づいて部分角度制約条件を生成する部分角度制約ステップと、
前記部分角度制約条件を用いて、反復再構成によってＣＴ画像を生成する反復再構成ステップと、
を含むことを特徴とするＣＴ画像再構成方法。
【請求項２】
前記運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属さない場合、前記部分角度選択ステップはＣＴ画像の中心に対して前記運動物体の位置と異なる側の視点を選択し、
前記運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属する場合、前記部分角度選択ステップは任意の視点を選択することを特徴とする請求項１に記載のＣＴ画像再構成方法。
【請求項３】
前記運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属さない場合、前記部分角度選択ステップは前記運動物体の位置から最も離れている視点を選択することを特徴とする請求項２に記載のＣＴ画像再構成方法。
【請求項４】
前記部分角度選択ステップは、前記投影データから前記視点を中心とする予め決められた角度範囲のデータを選択して前記部分角度のデータとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＣＴ画像再構成方法。
【請求項５】
前記反復再構成ステップは、前記部分角度制約条件と全体画像制約条件とに対して重み付け加算して取得した制約条件を用いて、反復再構成によってＣＴ画像を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＣＴ画像再構成方法。
【請求項６】
Ｘ線でスキャンして取得した投影データに基づいてＣＴ画像を再構成するＣＴ画像再構成装置であって、
ＣＴ画像における運動物体の位置を検出する運動物体位置検出ユニットと、
運動物体の前記位置に基づいて視点と角度範囲を選択し、前記視点と角度範囲に基づいて前記投影データにおける部分角度のデータを選択する部分角度選択ユニットと、
前記部分角度のデータに基づいて部分角度制約条件を生成する部分角度制約ユニットと、
前記部分角度制約条件を用いて、反復再構成によってＣＴ画像を生成する反復再構成ユニットと、を備えることを特徴とするＣＴ画像再構成装置。
【請求項７】
前記運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属さない場合、前記部分角度選択ユニットはＣＴ画像の中心に対して前記運動物体の位置と異なる側の視点を選択し、
前記運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属する場合、前記部分角度選択ユニットは任意の視点を選択することを特徴とする請求項６に記載のＣＴ画像再構成装置。
【請求項８】
前記運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属さない場合、前記部分角度選択ユニットは前記運動物体の位置から最も離れている視点を選択することを特徴とする請求項６または７に記載のＣＴ画像再構成装置。
【請求項９】
前記部分角度選択ユニットは、前記投影データから前記視点を中心とする予め決められた角度範囲のデータを選択して前記部分角度のデータとすることを特徴とする請求項６または７に記載のＣＴ画像再構成装置。
【請求項１０】
Ｘ線でスキャンし、ＣＴ画像を出力するＣＴシステムであって、
Ｘ線でスキャンして投影データを取得するＣＴスキャナーと、
ＣＴ画像における運動物体の位置を検出し、運動物体の前記位置に基づいて視点と角度範囲を選択し、前記視点と角度範囲に基づいて前記投影データにおける部分角度のデータを選択し、前記部分角度のデータに基づいて部分角度制約条件を生成し、前記部分角度制約条件を用いて、反復再構成によってＣＴ画像を生成するＣＴ画像再構成装置と、
前記ＣＴ画像再構成装置によって再構成されたＣＴ画像を出力するＣＴ画像出力装置と、
を備えることを特徴とするＣＴシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＴ画像再構成方法、ＣＴ画像再構成装置およびＣＴシステムに関し、特に物体が運動する場合のＣＴ画像再構成方法、ＣＴ画像再構成装置およびＣＴシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）技術はますます幅広く応用されている。例えば、ＣＴ技術は科学研究、生体データ取得、人体検査などの多くの分野に幅広く応用されている。そのうち、ＣＴ画像が例えば中間データとして疾病診断に用いられてからすでに３０年の歴史がある。放射線量の低減、ＣＴ画質の改善および画像アーティファクトの低減はＣＴ画像再構成方法の研究において従来から重要な課題であった。【０００３】
実際の応用において、ＣＴ画像再構成方法には主にフィルタ逆投影方法および反復再構成方法が含まれる。そのうち、フィルタ逆投影方法はＣＴ画像再構成の伝統的な方法であり、現在のＣＴ製品においてすでに幅広く応用されている。しかしながら、フィルタ逆投影方法において、画像を再構成する投影データはノイズによる干渉を受けていないと仮定しているが、実際に、ノイズは投影データに伴って常に存在しており、特に低放射線量スキャンの場合、ノイズはもっと顕著になるため、高画質のＣＴ画像を取得することが難くなる。【０００４】
しかし、ＣＴ技術の各応用分野の発展に伴い、ＣＴ応用の広さと深さはともに未曽有の高度なレベルに達している。このような新しい情勢の背景下で、業界ではＣＴ使用の安全性を考慮して、新たなより高い画質が求められている。これによりフィルタ逆投影方法は新しい需要を満たすことが難しくなっている。【０００５】
上述の新たな需要に対して、 ハイレベルの応用においては、反復再構成方法の研究が注目を集めている。反復再構成方法は電子ノイズとその他の物理要素による画像アーティファクトを上手く処理することで、画質を保証しつつ、スキャン時のＸ線線量を低減することができる。しかし、膨大な計算量によって画像形成速度が遅くなり、実際に応用することは難しかったが、近年、コンピュータハードウェアと計算技術の迅速な発展に伴い、反復再構成方法が実際の製品に応用されることは可能となった。【０００６】
画像の再構成プロセスは数式１で示すことができる。式において、ＭはＣＴのシステムマトリックス、Ｘは再構成を必要とする画像、ＰはＣＴスキャンにより取得した投影データを示す。【０００７】
【数１】
2016042863.tif 000003
【０００８】
反復再構成方法は反復プロセスにより数式２における最小化目的関数Oartを求めて最終画像Ｘを取得することである。すなわち、最終的に再構成で取得した画像ＸはＣＴスキャンで取得した投影データの一致性条件を満たすべきである。【０００９】
【数２】
2016042863.tif 000004
【００１０】
近年になって、圧縮センシング（Ｃｏｍｐｒｅｓｓ  ｓｅｎｓｉｎｇ）理論はＣＴ画像再構成分野において幅広く研究されていた（従来の技術文献１を参照）。圧縮センシング理論に基づいて、ＣＴ画像の反復再構成に制約条件として先験的知識を取り入れ、反復再構成方法の反復回数を効率よく減少し、画像の再構成品質を向上させることができる。【００１１】
圧縮センシング（Ｃｏｍｐｒｅｓｓ  ｓｅｎｓｉｎｇ）理論のＣＴ再構成プロセスは数式３で示すことができる。数式３は数式１に示すデータ一致性を満たす条件下で最小化先験的知識の制約項の目的関数を示す。すなわち制約して再構成した画像はスパース変換後にＬ１ノルムが最小である。そのうち、Ψはスパース変換マトリックスであり、各種のウェーブレット変換が一般的に使われている。【００１２】
【数３】
2016042863.tif 000005
【００１３】
従来の技術文献１の方法において、ΨがＴＶ（全変動：Ｔｏｔａｌ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）の変換時の有効性であることはすでに証明されている。【００１４】
従来の技術文献２は従来の技術文献１を基に制約条件として既知の先験的知識を取り入れ、スパース投影データにおいて鮮明な画像を再構成することができ、制約項として先験的画像制約項を追加し、数式４に示すとおりになる。【００１５】
【数４】
2016042863.tif 000006
【００１６】
数式４において、Ψ1とΨ2はいずれもスパース変換マトリックスであり、Ｘｐは所定の方法で推定して得られた先験的基本画像で、αは重みである。このように、投影データが少ない（スパース）場合においても、先験的画像の制約により、鮮明な画像を再構成することができ、これによりＸ線の放射線量を効率よく低減することができる。【００１７】
上述のように、ＣＴ技術、特にＣＴ画像再構成技術はここ数年間急速に発展している。しかし、実際のＣＴ応用においては、運動物体が存在する場合、相変わらず大きなアーティファクトが存在する場合がある。これは、ＣＴ回転スキャン過程において運動物体によってＣＴスキャンデータに不一致性が生じ、一致性のよい鮮明な画像を再構成することが難しくなっためである。例えば、心臓をスキャンする過程において、ＣＴの一周回転スキャン過程において心臓は動いているため、それぞれの角度でスキャンする際に内部構造に変化が生じる。そのため、すべての角度を用いて画像再構成を行なうと運動アーティファクトが発生し、鮮明な画像を再構成することが難しくなる。しかし、ここ数年、心臓などの運動物体に対するＣＴスキャンの需要はますます大きくなっているため、当該技術課題は早急に研究と解決されることが求められている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｓｉｄｋｙ  Ｅ  Ｙ，Ｐａｎ  Ｘ．Ｉｍａｇｅ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｃｏｎｅ−ｂｅａｍ  ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｂｙ  ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ，ｔｏｔａｌ−ｖａｒｉａｔｉｏｎ  ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｉｎ  ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ａｎｄ  ｂｉｏｌｏｇｙ，２００８，５３（１７）：４７７７．
【非特許文献２】Ｃｈｅｎ  Ｇ  Ｈ，Ｔａｎｇ  Ｊ，Ｌｅｎｇ  Ｓ．Ｐｒｉｏｒ  ｉｍａｇｅ  ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  ｓｅｎｓｉｎｇ（ＰＩＣＣＳ）：ａ  ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ  ｄｙｎａｍｉｃ  ＣＴ  ｉｍａｇｅｓ  ｆｒｏｍ  ｈｉｇｈｌｙ  ｕｎｄｅｒｓａｍｐｌｅｄ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｄａｔａ  ｓｅｔｓ［Ｊ］．Ｍｅｄｉｃａｌ  ｐｈｙｓｉｃｓ，２００８，３５（２）：６６０−６６３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は従来技術における上述の技術課題に鑑みて、物体が運動する場合のＣＴ画像における運動アーティファクトを低減するためのＣＴ画像再構成方法、ＣＴ画像再構成装置およびＣＴシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明はＸ線でスキャンして取得した投影データに基づいてＣＴ画像を再構成するＣＴ画像再構成方法を提供し、当該ＣＴ画像再構成方法は、ＣＴ画像における運動物体の位置を検出する運動物体位置検出ステップと、運動物体の前記位置に基づいて視点と角度範囲を選択し、前記視点と角度範囲に基づいて前記投影データにおける部分角度のデータを選択する部分角度選択ステップと、前記部分角度のデータに基づいて部分角度制約条件を生成する部分角度制約ステップと、前記部分角度制約条件を用いて、反復再構成によってＣＴ画像を生成する反復再構成ステップと、を含むことを特徴とする。【００２１】
本発明によるＣＴ画像再構成方法は、部分角度投影データをデータ一致性の制約条件として反復再構成アルゴリズムに取り入れる。部分角度の投影データがスキャン過程における画像の不一致性を制限することができるため、部分角度の投影データを再構成結果全体の制約とすると、反復再構成の結果が一致性に適する方向、すなわち、運動アーティファクトの小さい方向に行われる。これにより、ＣＴ画像における運動物体の時間解像度を向上させ、運動アーティファクトを低減させることができる。【００２２】
上述のＣＴ画像再構成方法において、前記運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属さない場合、前記部分角度選択ステップはＣＴ画像の中心に対して前記運動物体の位置と異なる側の視点を選択し、前記運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属する場合、前記部分角度選択ステップは任意の視点を選択してもよい。【００２３】
そのうち、前記運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属さない場合、前記部分角度選択ステップは前記運動物体の位置から最も離れている視点を選択してもよい。【００２４】
これにより、運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属さない場合、ＣＴ画像の中心に対して前記運動物体の位置と異なる側の視点、例えば運動物体の位置から最も離れている視点を選択して、投影データに対する運動物体の運動の影響を減少することで、さらに運動アーティファクトを低減させることができる。【００２５】
上述のＣＴ画像再構成方法において、前記部分角度選択ステップは、前記投影データから前記視点を中心とする予め決められた角度範囲のデータを選択して前記部分角度のデータとしてもよい。【００２６】
これにより、視点を中心とすることで、経験値などに基づいて角度範囲を適宜に設定して、さらに運動アーティファクトを低減させることができる。【００２７】
上述のＣＴ画像再構成方法において、前記反復再構成ステップは、前記部分角度制約条件と全体画像制約条件とに対して重み付け加算して取得した制約条件を用いて、反復再構成によってＣＴ画像を生成してもよい。【００２８】
これにより、部分角度投影データをデータ一致性の制約条件として取り入れることで、例えば、圧縮センシング理論に基づく反復再構成において、ＣＴ画像における運動物体の時間解像度を向上させ、運動アーティファクトを低減させることができる。【００２９】
また、本発明はさらにＸ線でスキャンして取得した投影データに基づいてＣＴ画像を再構成するＣＴ画像再構成装置を提供し、当該ＣＴ画像再構成装置は、ＣＴ画像における運動物体の位置を検出する運動物体位置検出ユニットと、運動物体の前記位置に基づいて視点と角度範囲を選択し、前記視点と角度範囲に基づいて前記投影データにおける部分角度のデータを選択する部分角度選択ユニットと、前記部分角度のデータに基づいて部分角度制約条件を生成する部分角度制約ユニットと、前記部分角度制約条件を用いて、反復再構成によってＣＴ画像を生成する反復再構成ユニットと、を含むことを特徴とする。【００３０】
また、本発明はさらにＸ線でスキャンし、ＣＴ画像を出力するＣＴシステムを提供し、当該ＣＴシステムは、Ｘ線でスキャンして投影データを取得するＣＴスキャナーと、ＣＴ画像における運動物体の位置を検出し、運動物体の前記位置に基づいて視点と角度範囲を選択し、前記視点と角度範囲に基づいて前記投影データにおける部分角度のデータを選択し、前記部分角度のデータに基づいて部分角度制約条件を生成し、前記部分角度制約条件を用いて、反復再構成によってＣＴ画像を生成するＣＴ画像再構成装置と、前記ＣＴ画像再構成装置によって再構成されたＣＴ画像を出力するＣＴ画像出力装置と、を備えることを特徴とする。【００３１】
本発明のＣＴ画像再構成方法における上述の各々の方法はいずれもＣＴ画像再構成装置およびＣＴシステムによって実現される。また、本発明は上述のＣＴ画像再構成方法、ＣＴ画像再構成装置およびＣＴシステムに限定されず、前記ＣＴ画像再構成方法におけるＣＴ画像再構成プログラムをコンピュータに実行させることによって実現してもよく、または前記ＣＴ画像再構成装置を構成する集積回路によって実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係わるＣＴ画像再構成装置を備えるＣＴシステムの構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係わるＣＴ画像再構成装置の構成ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係わるＣＴ画像再構成方法のフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係わるＣＴ画像再構成の一つの具体例のフローチャートである。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係わる部分角度制約有効性の原理図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係わる部分角度制約有効性の原理図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態に係わる部分角度制約有効性の原理図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態に係わる部分角度制約有効性の原理図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態に係わる具体例の運動物体位置検出の一つの方法の原理図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に係わる具体例の運動物体位置検出の一つの方法の原理図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態に係わる具体例の運動物体位置検出の方法のフローチャートである。
【図７Ａ】本発明の実施形態に係わる具体例の運動物体位置検出の他の方法の原理図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に係わる具体例の運動物体位置検出の他の方法のフローチャートである。
【図８Ａ】本発明の実施形態に係わる具体例の部分角度の選択と設置の原理図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に係わる具体例の部分角度の選択と設置の原理図である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態に係わる具体例の部分角度の選択と設置のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面および実施形態に基づいて本発明についてさらに詳しく説明する。また、図面において同じかまたは対応する箇所は同一の記号を使用し、説明を省略する。
【００３４】
まず、本発明のＣＴ画像再構成装置を備えるＣＴシステムについて詳しく説明する。図１は本発明の実施形態に係わるＣＴ画像再構成装置を備えるＣＴシステムの構成ブロック図である。図１に示すように、ＣＴシステム１は、主にＣＴスキャナー１０、ＣＴ画像再構成装置２０およびＣＴ画像出力装置３０を含む。
【００３５】
ＣＴスキャナー１０はＸ線でスキャンして投影データを取得する。ＣＴスキャナー１０はＸ線スキャン装置１０１（以下Ｘ線源とも称する）を含み、Ｘ線でスキャン領域におけるスキャン対象をスキャンする。ここで、スキャン対象は例えば人体などの生体であり、心臓などの運動物体を含んでよい。
【００３６】
ＣＴ画像再構成装置２０は、例えば汎用コンピュータまたは専用集積回路によって実現され、その詳細については後で説明する。ＣＴ画像再構成装置３０６はＣＴスキャナー３０１により出力された投影データに基づいて、例えば反復再構成方法のＣＴ画像再構成によりＣＴ画像を生成する。
【００３７】
ＣＴ画像出力装置３０はＣＴ画像再構成装置２０によって再構成されたＣＴ画像を出力する。ＣＴ画像出力装置３０の代表的なものはＣＴ画像表示装置であり、ＣＴ画像再構成装置２０によって出力されたＣＴ画像をスクリーンに表示する。もちろん、ＣＴ画像出力装置３０はＣＴ画像表示装置に限定されず、ＣＴ画像再構成装置２０によって出力されたＣＴ画像を、ネットワークを介して送信するデータ送信インタフェース、ＣＴ画像再構成装置２０によって出力されたＣＴ画像をプリントするプリンタなどであってもよい。
【００３８】
ＣＴシステム１によって出力されたＣＴ画像は、例えば科学研究、生体データ取得などの複数の分野に利用されてよい。また、当該ＣＴ画像は、例えば、中間データとして、疾病診断と健康管理などの分野に利用されてもよい。
【００３９】
以下、本発明の実施形態に係わるＣＴ画像再構成装置２０について具体的に説明する。図２は本発明の実施形態に係わるＣＴ画像再構成装置の構成ブロック図である。図２に示すように、ＣＴ画像再構成装置２０の一つの具体的な構成例として、運動物体位置検出ユニット２１と、部分角度選択ユニット２２と、部分角度制約ユニット２３と、反復再構成ユニット２４と、を備える。ＣＴ画像再構成装置２０が備えるこれらの構成はそれぞれ独立した回路によりハードウェアとして実現してよく、プロセッサが記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより機能モジュールとして実現されてもよい。
【００４０】
運動物体位置検出ユニット２１は、入力された投影データに基づいて、ＣＴ画像における運動物体の基本位置を検出するとともに検出された運動物体位置を出力する。部分角度選択ユニット２２は、運動物体位置に基づいて視点と角度範囲を選択し、視点と角度範囲に基づいて投影データにおける部分角度のデータを選択して部分角度制約ユニット２３の入力とする。部分角度制約ユニット２３は、部分角度のデータに基づいて部分角度制約条件を生成する。反復再構成ユニット２４は、部分角度制約ユニット２３によって決められた部分角度制約条件を制約項として用いて、反復再構成によりＣＴ画像を生成し、最終的にＣＴ画像における運動物体の時間解像度を向上させ、運動アーティファクトを低減させる。
【００４１】
図２に示すＣＴ画像再構成装置２０の上述の構成は本発明のＣＴ画像再構成装置の一例に過ぎない。本発明のＣＴ画像再構成装置は上述の構成により実現可能な機能を実現すればよく、必ずしも上述の構成を有することに限定されない。
【００４２】
次に、本発明の実施形態に係わるＣＴ画像再構成装置２０により行われるＣＴ画像再構成方法について具体的に説明する。図３は本発明の実施形態に係わるＣＴ画像再構成方法のフローチャートである。図３に示すように、本発明の実施形態に係わるＣＴ画像再構成方法によると、運動物体位置検出ステップＳ１において、運動物体位置検出ユニット２１がＣＴ画像における運動物体の位置を検出する。その後、部分角度選択ステップＳ２において、部分角度選択ユニット２２が運動物体の位置に基づいて視点と角度範囲を選択し、視点と角度範囲に基づいて投影データにおける部分角度のデータを選択する。その後、部分角度制約ステップＳ３において、部分角度制約ユニット２３が部分角度のデータに基づいて、部分角度制約条件を生成する。最後に、反復再構成ステップＳ４において、反復再構成ユニット２４が部分角度制約条件を用いて反復再構成によってＣＴ画像を生成する。
【００４３】
本実施形態に係わるＣＴ画像再構成装置２０およびＣＴ画像再構成方法によると、部分角度投影データをデータ一致性の制約条件として反復再構成アルゴリズムに取り入れる。部分角度の投影データがスキャン過程における画像の不一致性を制限できるため、部分角度の投影データを再構成結果全体の制約とすると、反復再構成の結果が一致性に適する方向、すなわち、運動アーティファクトの小さい方向に行われる。これにより、ＣＴ画像における運動物体の時間解像度を向上させ、運動アーティファクトを低減させることができる。
【００４４】
以下、本実施形態におけるＣＴ画像再構成装置およびその方法の一つの具体例について説明する。当該具体例はただ本実施形態におけるＣＴ画像再構成装置およびその方法を簡単に理解するために列挙したものであり、本実施形態におけるＣＴ画像再構成装置およびその方法を限定するものではない。次に、図面に基づいて当該具体例について詳しく説明する。
【００４５】
図４は本発明の実施形態に係わるＣＴ画像再構成の一つの具体例のフローチャートである。図４に示すように、ステップ２０１において、ＣＴ画像再構成装置２０は先ず全角度の投影データを用いた画像再構成を行い、初期画像を取得し、当該初期画像は反復再構成の初期画像としてもよく、運動物体位置検出に用いられてもよい。そのうち、全角度画像再構成は一般的に従来のフィルタ逆投影法（ＦＢＰ）を用い、取得された画像は基本的な再構成結果を有するが、大きなアーティファクトを含んでいる。
【００４６】
ステップ２０２において、運動物体位置検出ユニット２１はステップ２０１で取得された初期画像を用いて運動物体位置検出を行なう。具体的なプロセスは後で詳しく説明する。
【００４７】
ステップ２０３において、ステップ２０２で運動物体位置検出によって運動物体の位置を取得した後に、部分角度選択ユニット２２は運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属するかどうかを判断する。ここで、ＣＴ画像の中心領域は、例えばＣＴ画像の中心からの距離が所定の閾値よりも小さい領域である。一つの実施可能な方法としては、運動物体の中心点から画像中心点までの距離を算出し、二つの中心点の距離が所定の閾値よりも小さい場合は、運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属すると判定する。他の実施可能な方法としては、運動物体の領域が画像中心点までカバーするかどうかを判断し、画像中心点までカバーすると、運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属すると判定する。
【００４８】
ステップ２０３で運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属さないと判定された場合はステップ２０４に進む。ステップ２０４において、部分角度選択ユニット２２は運動物体の位置から最も離れている視点を選択し、選択された視点を中心とする予め決められた角度範囲のデータを投影データから選択して部分角度（以下、局部角度とも称する）のデータとする。具体的なプロセスは後で詳しく説明する。ここにおいて、角度範囲は投影データの角度（例えば３６０度）内の部分角度であればよく、特別な設定を行わない。例えば、従来の履歴に基づいて推定して経験値とすることができる。
【００４９】
ステップ２０３で運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属すると判定された場合はステップ２０５に進む。ステップ２０５において、部分角度選択ユニット２２は任意の視点を選択し、当該視点を中心とする予め決められた角度範囲のデータを選択して部分角度のデータとする。すなわち、投影データの全角度のうち、任意の局部角度を選択する。
【００５０】
ステップ２０６において、部分角度制約ユニット２３は部分角度のデータに基づいて、部分角度制約条件（以下、局部角度制約とも称する）を生成する。局部角度制約は、例えば実際の局部投影データPlmt（バー）と現在の画像再構成結果の順投影によって取得した対応角度の局部投影データPlmtにより生成されたスパース制約項であり、数式５で示すことができる。
【００５１】
【数５】
2016042863.tif 000007
【００５２】
式において、Φ１は投影データのスパース変換を示す。
【００５３】
その他の画像の制約項と一致させるために、当該制約項をＣＴ画像領域に切り換え、数式６で示すことができる。
【００５４】
【数６】
2016042863.tif 000008
【００５５】
式において、Ψ1は画像データのスパース変換を示し、Xlmt（バー）は実際局部投影データPlmt（バー）のフィルタ逆投影後に取得した画像であり、Xlmtは現在の画像再構成結果の順投影によって取得した対応角度の局部投影データPlmtを再フィルタ逆投影して取得した画像である。これにより、局部角度の実際投影データと現在の画像再構成結果とを組み合わせて局部角度投影データの制約項、すなわち、部分角度制約条件を取得する。
【００５６】
本具体例に係わるＣＴ画像再構成装置２０は局部角度投影データの制約項を圧縮センシング理論に基づく反復再構成の目的関数に追加し、圧縮センシング理論に基づく反復再構成の目的関数は数式７に示すとおりになる。
【００５７】
【数７】
2016042863.tif 000009
【００５８】
式において、Ψ2Xはステップ２０７で生成されたその他の制約項に対応する。その他の制約項の一例として、画像全体に対する全体画像制約条件、例えばＴＶ（全変動）変換またはその他の形式の画像自体のスパース制約であってよい。αは本発明による局部角度制約項とその他の制約項とのバランスを加減する重み付けで、範囲は０〜１であり、通常異なる応用条件に基づいて実験によって選択する。
【００５９】
ステップ２０８において、反復再構成ユニット２４は反復再構成更新を行なう。反復再構成更新において、従来の基本的な反復再構成方法、例えばＡＲＴ（代数的再構成法）、ＳＡＲＴ（同時代数的再構成法）などを用いてよい。
【００６０】
ステップ２０９において、反復再構成ユニット２４は目的関数に対して最適化を行なう。目的関数最適化は一般的な目的関数最適化法、例えば勾配降下法などを用いてよい。
【００６１】
ステップ２１０において、反復再構成ユニット２４は反復のプロセスが所定の反復終了条件を満たすかどうかを判断する。反復制約条件は最大反復回数であってもよく、再構成画像データのコンピュータ投影と実際投影データとの差が所定の閾値より小さい場合であってもよく、または両者の組み合わせであってもよい。
【００６２】
ステップ２１０で反復終了条件を満たさないと判定した場合は、ステップ２０８に戻り、引き続き反復再構成を行なう。
【００６３】
ステップ２１０で反復終了条件を満たすと判定した場合は、ステップ２１１に進む。ステップ２１１において、反復再構成ユニット２４は制約条件を満たす最終再構成結果画像を取得する。
【００６４】
上述のように、本具体例において、反復再構成ユニット２４はステップＳ２０８〜Ｓ２１１で、部分角度制約条件と全体画像制約条件とに対して重み付け加算して取得した制約条件を用いて、反復再構成によってＣＴ画像を生成する。
【００６５】
本実施形態に係わる上述の具体例において、ステップ２０２は運動物体位置検出ステップＳ１に対応し、ステップ２０３〜２０５は部分角度選択ステップＳ２に対応し、ステップ２０６は部分角度制約ステップＳ３に対応し、ステップ２０８〜ステップ２１１は反復再構成ステップＳ４に対応する。当該具体例に基づいて、ＣＴ画像再構成装置２０は部分角度制約条件を追加することにより、運動アーティファクトの少ないＣＴ画像を生成することができる。
【００６６】
以下、本実施形態（およびその具体例）の運動アーティファクトの少ないＣＴ画像を生成できる原理、すなわち部分角度制約有効性原理について詳しく説明する。図５Ａ〜図５Ｄは本発明の実施形態に係わる部分角度制約有効性の原理図である。図において３０１は画像、３０２は運動物体、３０３はＸ線源、３０４はＸ線源の一周スキャンした軌跡である。図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃから分かるように、Ｘ線源のスキャン角度が小さい場合、すなわち、スキャン時間が短い場合（例えば、図５Ｂの場合）、画像一致性に対する運動物体の影響が小さく、Ｘ線源のスキャン角度が大きい場合、すなわち、スキャン持続時間が長い場合（例えば図５Ｃの場合）、画像一致性に対する運動物体の影響が大きい。このような傾向は図５Ｄで示される。部分角度の投影データがスキャン過程における画像の不一致性を制限できるため、部分角度の投影データを再構成結果全体の制約とすると、反復再構成の結果が一致性に適する方向、すなわち、運動アーティファクトの小さい方向に行われるようにする。
【００６７】
次に、本実施形態に係わる上述の具体例において運動物体位置検出ユニット２１がステップ２０２で行なう運動物体位置検出の具体例について詳しく説明する。運動物体位置検出は透過画像に基づく位置決め方法（図６Ａ〜図６Ｃ）とスライス画像（一般のＣＴ画像）に基づく位置決め方法（図７Ａ、図７Ｂ）を用いてよい。
【００６８】
図６Ａ、図６Ｂは、本発明の実施形態に係わる具体例の運動物体位置検出の一つの方法の原理図であり、図６Ｃはそのフローチャートである。当該透過画像に基づく位置決め方法において、二つの垂直方向の透過画像を指定することにより、それぞれの透過画像において運動ターゲットを位置決めし、これによりＣＴ画像における運動ターゲットのＸ軸とＹ軸における位置座標を取得する。通常は処理の便宜を図るために、画像座標系に基づいてちょうどＸとＹの座標軸方向の二つの垂直な透過画像を選択する。図６Ｃのフローチャートに示すように、ステップ３０４において、投影データを入力する。ステップ３０５において、二つの投影角度が直角をなす透過画像を取得することにより、ステップ３０６、３０７で透過画像１と透過画像２を取得する。ステップ３０８において、透過画像１と透過画像２に対して運動物体の検出位置決めを行なう。ステップ３０９、３１０において、運動物体のＸ軸方向位置と運動物体のＹ軸方向位置をそれぞれ確定する。これにより、ステップ３１１において、運動物体の位置を検出する。そのうち、運動物体の検出位置決めは、ある特定の運動物体（例えば、心臓）の透過画像の特徴に基づく自動検出方法であってもよく、ユーザによって入力して確定してもよい。
【００６９】
図７Ａは本発明の実施形態に係わる具体例の運動物体位置検出の他の方法の原理図であり、図７Ｂはそのフローチャートである。当該スライス画像（一般のＣＴ画像）に基づく位置決め方法において、図７Ｂのフローチャートに示すように、ステップ３１２において、スライス画像を取得する。ステップ３１３において、運動物体の特徴を抽出する。ステップ３１４で当該物体の分類器をトレーニングする。ステップ３１５において、運動物体のウィンドウ位置を検出する。そのうち、ある特定の運動物体（例えば、心臓）のＣＴ画像の特徴、例えば、形状、模様、ＣＴ値などを用いて当該物体の特徴分類器をトレーニングすることで、ＣＴ画像において位置を検出して取得することができる。当該方法は画像検出分野における成熟した技術に属し、人間の顔の検出方法を参考にすることができる。
【００７０】
また、本実施形態に係わる運動物体位置検出は上述の方法に限定されるのでなく、従来の様々の検出方法に用いられてもよく、直接ユーザによって運動ターゲットのおおよその位置を画定してもよい。
【００７１】
次に、本実施形態に係わる上述の具体例において部分角度選択ユニット２２がステップ２０３〜２０５で行なう部分角度選択の原理について詳しく説明する。図８Ａ、図８Ｂは本発明の実施形態に係わる具体例の部分角度の選択と設置の原理図であり、図８Ｃはそのフローチャートである。上述の具体例において、部分角度の選択は運動物体の位置に基づいて確定することができる。図８Ａに示すように、Ｘ線源５０１が運動物体５０２から遠く離れた側にある場合、投影データに対する運動物体の運動の影響範囲は５０３に示すとおりである。図８Ｂに示すように、Ｘ線源５０１が運動物体５０２の近くにある場合、投影データに対する運動物体の運動の影響範囲は５０５に示すとおりである。これで分かるように、図８Ａにおける５０３の範囲は図８Ｂにおける５０５の範囲よりも小さい。すなわち、Ｘ線源５０１が運動物体５０２に近い場合に比べてＸ線源５０１が運動物体５０２から遠く離れた場合の方が、投影データに対する運動物体の運動の影響範囲が小さい。
【００７２】
したがって、投影データに対する運動物体の運動の影響を小さくするために、Ｘ線源５０１が運動物体５０２から遠く離れている図８Ａにおける５０４に示す部分角度を選択することはＸ線源５０１が運動物体５０２に近い図８Ｂにおける５０６に示す部分角度を選択することよりも優れている。さらに、Ｘ線源５０１が運動物体５０２から遠く離れるようにするために、ＣＴ画像の中心に対して運動物体の位置と異なる側の視点を選択することができる。上述の具体例において、ＣＴ画像の中心に対して運動物体の位置と異なる側の視点として、運動物体の位置から遠く離れた視点を選択している。
【００７３】
したがって、運動物体の位置がＣＴ画像の中心領域に属さない場合、図８Ｃのフローチャートに示すように部分角度範囲を決めることができる。ステップ５０７において、部分角度選択ユニット２２は運動物体位置検出ユニット２１から運動物体位置を取得する。ステップ５０８において、部分角度選択ユニット２２はＸ線源の回転軌道（スキャン軌道）上の、運動物体から最も遠く離れている点を算出する。ステップ５０９において、部分角度選択ユニット２２は当該最も遠く離れている点に対応する投影データの投影角度ＦＶを取得する。ステップ５１０において、部分角度選択ユニット２２は投影角度ＦＶを中心として部分角度の範囲を設定する。これにより、スキャン軌道上の、運動物体から最も遠く離れている点に対応する角度を選択して部分角度の中心点とし、部分角度の部分範囲は自由に調整可能であり、具体的にはアーティファクトの強さと再構成時間とのバランスを考慮して実験によって設定する。これにより、視点を中心とし、経験値などに基づいて適宜に角度範囲を設けることで、運動アーティファクトをさらに低減させることができる。
【００７４】
以上、図面に基づいて本発明に係わる実施例について説明したが、以上説明した実施例は本発明の具体例に過ぎず、本発明を理解するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本分野の技術者は本発明の発明趣旨に基づいて各実施例について様々な変形、組み合わせおよび要素の合理的な省略を行なうことができるが、これによって得られた実施形態も本発明の範囲内に含まれる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【国際調査報告】
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