(57)【要約】【課題】事前較正が可能でない又は実際的でないような三次元イメージング・システムにおいて、撮像時幾何学的構成を決定して容積画像を再構成する。【解決手段】投影画像に表わされている基準標識又は解剖学的特徴に基づいて推定された撮像時幾何学的構成（５５）を用いて撮像容積の一部又は全ての構成可変型容積表現（５８）を再構成する。再構成は、１又は複数の幾何学的構成依存因子を考慮に入れて行なわれる。他の態様においては、複数の投影画像（５３）に表わされている基準標識又は解剖学的特徴を用いて撮像時幾何学的構成（５５）を推定し（５４）、推定された撮像時幾何学的構成（５５）を用いて撮像容積の一部又は全ての構成可変型容積表現（５８）を再構成する（５６）ときに１又は複数の幾何学的構成依存因子を考慮に入れて再構成する（５６）ように構成されているコンピュータ（３４）を含むシステムが提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無較正の幾何学的構成における三次元撮像の方法であって、
撮像容積にわたって複数の投影画像（５３）を取得するステップと、
前記投影画像（５３）に表わされている基準標識又は解剖学的特徴若しくは領域の少なくとも一つを用いて撮像時幾何学的構成（５５）を推定するステップ（５４）と、
前記推定された撮像時幾何学的構成（５５）を用いて前記撮像容積の一部又は全ての構成可変型容積表現（５８）を再構成するステップ（５６）であって、１又は複数の幾何学的構成依存因子を考慮に入れて行なわれる再構成するステップ（５６）と
を備えた方法。
【請求項２】
前記撮像時幾何学的構成（５５）を推定するステップ（５４）は、前記それぞれの投影画像（５３）の少なくとも１枚又はそれぞれの三次元容積において前記基準標識又は解剖学的特徴の少なくとも幾つかの位置（７２）を推定するステップ（７０）を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
部分的に既知の撮像時幾何学的構成に基づいて、前記推定された撮像時幾何学的構成（５５）を制約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４】
前記基準標識又は解剖学的特徴の部分的に既知の相対位置に基づいて、前記推定された撮像時幾何学的構成（５５）を制約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５】
全ての基準標識又は解剖学的特徴があらゆる投影画像に表わされている訳ではない、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記撮像時幾何学的構成を推定するステップ（５４）は、
前記複数の投影画像（５３）の何枚か又は全てにおいて前記基準標識又は解剖学的特徴の位置（６４）を識別するステップ（６２）と、
前記撮像時幾何学的構成の推定（６８）を確定するステップ（６６）と、
前記撮像時幾何学的構成の前記推定（６８）に基づいて、前記投影画像（５３）において前記基準標識又は解剖学的特徴の位置（７２）を推定するステップ（７０）と、
少なくとも１枚の投影画像（５３）について前記基準標識又は解剖学的特徴の前記推定された位置（７２）と前記それぞれの基準標識又は解剖学的特徴の前記識別された位置（６４）との間での投影誤差（７６）を算出するステップ（７４）と、
前記投影誤差（７６）に基づいて、前記推定された撮像時幾何学的構成（６８）を更新するステップ（６６）と
を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記推定された撮像時幾何学的構成（６８）を更新するステップ（６６）は、
前記算出された投影誤差（７６）を、前記撮像時幾何学的構成（６８）のそれぞれのパラメータに対応する１又は複数の誤差成分（８０）に分解するステップ（７８）と、
前記１又は複数の誤差成分（８０）に基づいて、前記推定された撮像時幾何学的構成（６８）の少なくとも１個のパラメータを更新するステップ（６６）と
を含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
撮像容積にわたって取得された複数の投影画像（５３）に表わされている基準標識又は解剖学的特徴の少なくとも一方を用いて撮像時幾何学的構成（５５）を推定し（５４）、該推定された撮像時幾何学的構成（５５）を用いて前記撮像容積の一部又は全ての構成可変型容積表現（５８）を再構成する（５６）ときに１又は複数の幾何学的構成依存因子を考慮に入れて再構成する（５６）ように構成されているコンピュータ（３４）
を備えた画像処理システム。
【請求項９】
前記複数の投影画像（５３）、前記構成可変型容積表現（５８）、又は前記整列（５４）若しくは再構成（５６）を実行するために前記コンピュータにより実行可能なルーチンの少なくとも一つを記憶するように構成されているメモリ（３６）を含んでいる請求項８に記載の画像処理システム。
【請求項１０】
前記複数の投影画像（５３）又は前記構成可変型容積表現（５８）の少なくとも一方を観察するための操作者ワークステーション（３８）及び表示器（４０）を含んでいる請求項８に記載の画像処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、医用撮像の分野に関し、さらに具体的には、撮像時幾何学的構成の較正及び再構成の分野に関する。具体的には、本発明は、無較正の幾何学的構成における三次元撮像に関する。
【背景技術】
【０００２】
容積撮像装置は、医用撮像分野及び非医用撮像分野の両方で広く用いられている。例えば、様々なモダリティが、諸材料の特定の物性及び各物性のイメージング・システムとの相互作用に基づいて画像データを生成する働きをする。かかるモダリティとしては、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム、Ｘ線システム、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）・システム、陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）システム、及び超音波システム等がある。これらのシステムは一般的には、被検体によって放出される又は被検体を透過する様々な放射線、刺激又は信号の発生源に応答して画像データを収集するように設計されている。次いで、信号を濾波し、操作してデータ集合を形成し、ここから再構成画像を形成することができる。尚、本書での議論の全体を通じて医用撮像分野において用いられるモダリティを参照するが、これらのモダリティ及び他のモダリティを、手荷物処理、人体スクリーニング及び人体以外のスクリーニング、産業品質管理、製造工程監視、地震観測、並びに気象観測等を含めた広範な他分野において用い得ることを特記しておく。
【０００３】
単純なＸ線撮像手法は、Ｘ線管又は他のＸ線源を用いてＸ線を発生し、撮像対象である患者の部分が位置している撮像容積の全体をＸ線で照射する。Ｘ線は患者を透過するにつれて、透過した組織の組成に基づいて減弱される。次いで、減弱したＸ線は検出器に入射し、検出器はＸ線を信号へ変換し、これらの信号を処理して、Ｘ線の減弱に基づいてＸ線が透過した患者の部分の画像を形成することができる。撮像容積に対する様々な視角において追加の画像を取得することにより、三次元情報を得ることができる。次いで、この態様で取得された角度変位画像を再構成して体内の構造を含む撮像容積の三次元表現を生成することができ、これらの表現をモニタに表示したり、プリンタに印刷したり、又はフィルムに再現したりすることができる。次いで、技士又は医師がこの三次元表現を精査して、臨床的に重要な変則又は異常を検出したり、侵襲型医療処置又は非侵襲型医療処置に先立って三次元像を評価したり等することができる。再構成された容積データ集合を、例えばコンピュータ支援式検出及び／又は診断（ＣＡＤ）等のようなさらに他の処理に用いてもよい。
【０００４】
以上に議論した様々なモダリティによって生成されるデータから正確に再構成された三次元画像を形成するためには、撮像時幾何学的構成を正確に知ることが重要である。すなわち、被撮像容積の真の表現を生成するようにデータを適正に再構成し且つ／又は結合するためには如何にすればよいかを決定するために、線源、検出器及び被撮像容積の互いに対する位置を正確に知っておかなければならない。例えば、Ｃアーム・システム及びトモシンセシスのような幾つかの撮像モダリティでは、撮像時幾何学的構成は各回の新たなデータ取得と共に変化し得る。
【特許文献１】米国特許第６，０８１，５７７号
【特許文献２】米国特許第６，２８９，２３５号
【特許文献３】米国特許第６，５４９，６０７号
【特許文献４】米国特許第６，８０１，５９７号
【特許文献５】米国特許第６，８１０，２７８号
【特許文献６】米国特許第７，１１０，８０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現状では、イメージング・システムは、システムにおいて得られるデータから三次元画像を正確に再構成するために較正されなければならない。この較正は、システムの各要素の間の距離及び角度を測定すること、又は１若しくは複数の較正ファントムを用いて撮像を行なうことを含み得る。システム構成要素を測定することは、時間浪費的である場合があり、また良好な結果を生むのに十分に正確とは必ずしも言えない。適当なファントムを用いた較正は、イメージング・システムを単純に測定することよりも正確であり得るが、この手法は、撮像時幾何学的構成が一貫しており反復可能であるようなシステムに限定され得る。場合によっては、システムは単に、被検体を撮像する前には較正することができない。例えば、イメージング・システムの位置又は軌跡が、患者の解剖学的構造又は他の因子の関数として実時間で決定される場合もあるし、システムの機械制御又は運動制御の許容差が十分に正確でない場合もある。
【０００６】
従って、イメージング・システムの事前較正が可能でない又は実際的でないような三次元イメージング・システムにおいて、撮像時幾何学的構成を決定して容積画像を再構成する方法を提供できると有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
無較正の幾何学的構成における三次元撮像の方法を提供する。この方法は、撮像容積にわたって複数の投影画像を取得するステップと、投影画像に表わされている基準標識又は解剖学的特徴の少なくとも一方を用いて撮像時幾何学的構成を推定するステップと、推定された撮像時幾何学的構成を用いて撮像容積の一部又は全ての構成可変型容積表現を再構成するステップであって、１又は複数の幾何学的構成依存因子を考慮に入れて行なわれる再構成するステップとを含んでいる。
【０００８】
さらに、無較正の幾何学的構成における三次元撮像の方法を提供する。この方法は、撮像容積にわたって複数の投影画像を取得するステップと、投影画像に表わされている１又は複数の解剖学的特徴を用いて撮像時幾何学的構成を推定するステップと、確定された撮像時幾何学的構成を用いて撮像容積の一部又は全ての容積表現を再構成するステップとを含んでいる。
【０００９】
さらに、コンピュータを含む画像処理システムを提供する。このコンピュータは、撮像容積にわたって取得された複数の投影画像に表わされている基準標識又は解剖学的特徴の少なくとも一方を用いて撮像時幾何学的構成を推定し、推定された撮像時幾何学的構成を用いて撮像容積の一部又は全ての構成可変型容積表現を再構成するときに１又は複数の幾何学的構成依存因子を考慮に入れて再構成するように構成されている。
【００１０】
さらに、コンピュータを含む画像処理システムを提供する。このコンピュータは、撮像容積にわたって取得された複数の投影画像に表わされている解剖学的特徴を用いて撮像時幾何学的構成を推定し、推定された撮像時幾何学的構成を用いて撮像容積の一部又は全ての容積表現を再構成するように構成されている。
【００１１】
さらに、１又は複数の有形の機械読み取り可能な媒体を提供する。この媒体は、撮像容積にわたって取得された複数の投影画像に表わされている基準標識又は解剖学的特徴の少なくとも一方を用いて撮像時幾何学的構成を推定する動作と、推定された撮像時幾何学的構成を用いて撮像容積の一部又は全ての構成可変型容積表現を再構成するときに１又は複数の幾何学的構成依存因子を考慮に入れて再構成する動作とを行なうように実行可能なコードを含んでいる。
【００１２】
さらに、１又は複数の有形の機械読み取り可能な媒体を提供する。この媒体は、撮像容積にわたって取得された複数の投影画像に表わされている解剖学的特徴を用いて撮像時幾何学的構成を推定する動作と、推定された撮像時幾何学的構成を用いて撮像容積の一部又は全ての容積表現を再構成する動作とを行なうように実行可能なコードを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のこれらの特徴、観点及び利点並びに他の特徴、観点及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面に関して参照するとさらに十分に理解されよう。図面では、類似の参照符号は図面全体にわたって類似の部材を表わす。
【００１４】
図１は、参照番号１０によって全体的に示されている例示的なトモシンセシス・システムの線図表現であって、このシステムは、本発明の手法に従って関心のある被検体を通る様々なスライス又はスラブの画像を含むトモシンセシス画像を取得し、処理して表示する。図１に示す実施形態では、トモシンセシス・システム１０は、平面内又は三次元を全体的に移動自在なＸ線放射線源１２を含んでいる。実施形態の一例では、Ｘ線源１２はＸ線管、付設されている支持構成要素、及び濾波構成要素を含んでいる。
【００１５】
放射線流１４が線源１２によって放出され、患者１８のような被検体の領域を通過する。コリメータ１６が、Ｘ線源から被検体に向かって発散するＸ線ビーム１４の寸法及び形状を画定する働きをする。放射線２０の一部が被検体を透過する又は被検体の周りを通過して、参照番号２２によって全体的に表わされている検出器アレイに入射する。アレイの検出器素子は、入射するＸ線ビームの強度を表わす電気信号を発生する。これらの信号を取得して処理し、被検体の内部の特徴の画像を再構成する。
【００１６】
線源１２はシステム制御器２４によって制御され、システム制御器２４は、被検体１８及び検出器２２に対する線源１２の位置を含めてトモシンセシス検査系列のための電力信号及び制御信号の両方を供給する。さらに、検出器２２もシステム制御器２４に結合されており、システム制御器２４は検出器２２によって発生される信号の取得を指令する。システム制御器２２はまた、ダイナミック・レンジの初期調節、及びディジタル画像データのインタリーブ処理等のための様々な信号処理作用及び濾波作用を実行することができる。一般に、システム制御器２４は、検査プロトコルを実行して、取得されたデータを処理するようにイメージング・システムの動作を指令する。本書の設定では、システム制御器２４はまた、汎用又は特定応用向けディジタル・コンピュータを典型的に基本要素とする信号処理サーキットリ、コンピュータによって実行されるプログラム及びルーチンや構成パラメータ及び画像データを記憶する付設のメモリ・サーキットリ、並びにインタフェイス回路等を含んでいる。
【００１７】
図１に示す実施形態では、システム制御器２４は、線源１２によるＸ線の発生を調整するＸ線制御器２６を含んでいる。具体的には、Ｘ線制御器２６は、Ｘ線源１２に電力信号及びタイミング信号を供給するように構成されている。モータ制御器２８が、被検体１８及び検出器２２に関する線源１２の位置及び配向を調整する位置サブシステム３２の移動を制御する働きをする。位置サブシステムはまた、線源１２ではなく又は線源１２に加えて、検出器２２の移動又は場合によっては患者１８の移動も生じ得る。尚、幾つかの構成では、位置サブシステム３２は、多数の位置指定自在型線源１２が設けられている場合には特に、省かれてもよい。かかる構成では、投影は患者１８及び／又は検出器２２に対して異なるように配置されている異なるＸ線放射線源の起動を通じて達成され得る。最後に、図１の図示では、検出器２２はデータ取得システム３０に結合されており、データ取得システム３０は、検出器２２の読み出し電子回路によって収集されるデータを受け取る。データ取得システム３０は典型的には、サンプリングされたアナログ信号を検出器から受け取って、これらの信号をディジタル信号へ変換して、コンピュータ３４による後続の処理に供する。かかる変換及び実際にはあらゆる前処理が、検出器アセンブリ自体の内部である程度まで実際に実行され得る。
【００１８】
コンピュータ３４が典型的には、システム制御器２４に結合されている。データ取得システム３０によって収集されたデータがコンピュータ３４へ送信され、さらにメモリ装置３６へ送信される。任意の適当な形式のメモリ装置、及び実際には任意の適当な形式のコンピュータを、本発明の手法に合わせて構成することができ、具体的には、プロセッサ及びメモリ装置を、システムによって生成される多量のデータを処理して記憶するように構成することができる。例えば、メモリ装置３６は、本発明の手法によるデータ、又はコンピュータ３４のようなプロセッサ型システムにおいて本発明の手法の幾つか又は全てを具現化するルーチン及びアルゴリズムを記憶するのに適したハードディスク、光ディスク及びフラッシュ・メモリ等のような光学媒体又は磁気媒体を含むことができる。さらに、コンピュータ３４は、キーボード、マウス又は他の入力装置を典型的に装備した操作者ワークステーション３８を介して操作者から命令及び走査パラメータを受け取るように構成されている。操作者は、これらの装置を介してシステムを制御し、また検査を開始して画像データを取得することができる。さらに、コンピュータ３４は、後に改めて詳述する画像データの再構成を実行するように構成されている。所望に応じて、他のコンピュータ又はワークステーションが、メモリ装置３６から、又はイメージング・システムの場所若しくはこの場所から遠隔の場所に設けられている他のメモリ装置からアクセスされる画像データの後処理を含めて、本発明の手法の作用の幾つか又は全てを実行することができる。
【００１９】
図１の線図表現では、表示器４０が、再構成画像を観察したり撮像を制御したりするために操作者ワークステーション３８に結合されている。加えて、プリンタ４２を介して画像を印刷してもよいし、他の場合にはハードコピーの形態で出力してもよい。操作者ワークステーション、及び実際には全システムが、画像保管及び通信システム（ＰＡＣＳ）４４のような大容量画像データ記憶装置に結合されていてよい。ＰＡＣＳ４４は、遠隔での観察のために画像及び画像データを要求して送信し、本書に記載しているような処理を行なう等のために参照番号４６に示すような遠隔クライアントに結合されていてよい。さらに、コンピュータ３４及び操作者ワークステーション３８は他の出力装置に結合されていてもよく、かかる出力装置としては標準型又は特殊目的用のコンピュータ・モニタ、コンピュータ及び付設の処理サーキットリ等があることを特記しておく。１又は複数の操作者ワークステーション３８がシステムにさらに結合されて、システム・パラメータを出力する、検査を依頼する、及び画像を観察する等を行なってもよい。一般的には、システムの内部に供給されている表示器、プリンタ、ワークステーション及び類似の装置は、データ取得構成要素に対してローカルに位置していてもこれらの構成要素からリモートに位置していてもよく、インターネット、仮想私設網及び構内通信網等のような任意の適当なネットワークによってイメージング・システムに結合されて、施設内の他の場所に位置してもよいし、全く異なる位置に位置してもよい。
【００２０】
図２について説明する。同図では、流れ図が、本発明の手法の実施形態の一例を工程５０として示している。未処理画像データ５１が、図１に関して上で述べたように、被検体にわたって取得され得る。被撮像容積の内部には標識が含まれており、これらの標識は、解剖学的特徴及び／又は基準標識から成っていてよい。解剖学的特徴としては、例えば骨、骨様構造、石灰化、埋植物、何らかの器官の参照点、空気と組織との間の界面、又は血管分岐点等がある。本発明の手法の一実施形態では、解剖学的構造全体又は解剖学的構造の包括的部分（個々の特徴又は構造に対立するものとして）を標識として用いてもよい。例えば、撮像される解剖学的構造の三次元ＣＴモデルのようなアトラスを、投影画像に一致するように変形させることができる。この一致は、２種の異なる幾何学的構成要素を実効的に推定する。一つの構成要素は、撮像される患者の解剖学的構造に一致させるためのアトラスによって表わされるデータ集合の全体的な変形である。もう一つの構成要素は、３Ｄから２Ｄへの位置揃え（registration）として公知のものであって、変形後のアトラスの推定投影が投影画像に一致するように、撮像時幾何学的構成を推定する。このことは、適当なアルゴリズムを用いて、撮像される解剖学的構造の近似的な表現及び観察された投影画像への良好な一致が得られるまで何枚か又は全ての投影画像について実行され得る。繰り返し式の混成的なアプローチも考えられ、この場合には、初回の繰り返しは、比較的少ない標認点に基づいて真の撮像時幾何学的構成に妥当に近い撮像時幾何学的構成の推定を得て、追加の繰り返しによって包括的な解剖学的構造を考慮に入れることにより、得られた結果を精密化する。
【００２１】
基準標識は、被撮像容積の内部に参照として配置されている別個の標識すなわち非解剖学的標識である。かかる基準標識は、例えば球形標識、多角形の板、円筒形の棒、又は直線のワイヤであってよい。基準標識は、放射線不透過性であってよく、又は少なくとも部分的に放射線透過性であってもよい。これらの標識は、例えば身体に取り付けられていてもよいし、身体に埋植されていてもよいし、又は撮像される解剖学的構造に対して移動しない適当な支持構造によって支持されていてもよい。加えて、又は代替的には、基準標識は、検出器２２及び／又はＸ線源１２に堅固に取り付けられていてもよい。本発明の手法の一実施形態では、解剖学的特徴及び基準標識の両方を用いて撮像時幾何学的構成を決定してもよいが、他の実施形態では、解剖学的特徴のみ又は基準標識のみを用いて撮像時幾何学的構成を決定する。
【００２２】
未処理画像データ５１を処理して（ブロック５２）、投影画像５３を形成する。この前処理としては、例えば画像の対数補正、管からピクセルまでの距離による補正、Ｘ線の検出器への入射角による補正、及び減弱係数のＸ線経路に沿った線積分への変換又はＸ線経路に沿った平均減弱への変換等がある。加えて、前処理として、二重エネルギ撮像についての調節又は非平面形検出器についての調節等もある。基準標識及び／又は解剖学的特徴の幾つか又は全てが、得られる投影画像５３において可視である。本発明の手法の一実施形態によれば、全ての標識が投影画像５３の各々において可視でなくてもよいが、他の実施形態では、全ての標識が各々の投影画像５３において可視である。加えて、何枚かの投影画像５３が可視標識を全く含まなくてもよく、データ集合の相異なる部分集合について撮像時幾何学的構成の間の関係が明確に定義されている場合又は幾つかのビューの撮像時幾何学的構成の正確な推定が他のビューの幾何学的構成から導出され得る場合には特に、可視標識を含まなくてもよい。例えば、多線源システムでは、１個の線源点が被撮像容積の一部分を照射し、他の線源点が容積の他部分を照射する。多数のビューの取得時幾何学的構成の間の幾何学的関係が明確に定義されている場合には、一つのビューの撮像時幾何学的構成を他のビューの撮像時幾何学的構成から決定することができる。従って、標識は、投影画像５３においてこれらのビューの一つから可視でありさえすればよい。
【００２３】
次いで、投影画像５３を用いてイメージング・システムの取得時幾何学的構成５５を決定することができる（ブロック５４）。本発明の手法の実施形態の一例では、この幾何学的構成を決定する工程は、投影画像５３の少なくとも何枚かにおいて可視である基準標識及び／又は解剖学的特徴の三次元位置に基づいて撮像時幾何学的構成５５を推定することから成っている。本発明の手法の一実施形態では、投影画像５３を修正したり回転させたり調節したりすることはせず、撮像時幾何学的構成５５についての情報を抽出するために投影画像５３を用いるに留める。この幾何学的構成を決定するステップ５４のさらに他の実施形態の例を図３に示す。
【００２４】
一旦、撮像時幾何学的構成５５が決定されたら、撮像された解剖学的構造の容積表現を投影画像５３から再構成することができる（ブロック５６）。この再構成は、容積表現５８を再構成するときに撮像時幾何学的構成５５を考慮に入れる。撮像時幾何学的構成５５は、Ｘ線源、解剖学的構造及び検出器の位置及び配向、並びに他の幾何学的情報を含み得る。例えば、再構成は、非平面形検出器の幾何学的構成を考慮に入れることができる。投影画像５３は、例えば正規化、フィルタ処理又は異なる投影の線形結合によって処理され得る。再構成は、１又は複数の撮像時幾何学的構成５５依存因子を考慮に入れることができ、また例えばフィルタ補正逆投影、加重付き逆投影、一般化されたフィルタ補正逆投影、フーリエ法に基づく再構成、順序統計量に基づく再構成、代数再構成手法、直接型代数再構成手法、又は最尤再構成等を含み得る。再構成はまた、例えば角錐形格子、六角形格子、彎曲座標系、又は何らかの解剖学的構造に適当に整列し得る何らかの座標系のような不規則な格子に基づくものであってもよい。次いで、被撮像容積の得られた容積表現５８を表示し且つ／又は解析してもよいし、後に表示／解析を行なうために記憶してもよい。
【００２５】
図３について説明する。同図では、流れ図が、本発明の手法の一観点の実施形態の一例を工程６０として示しており、幾何学的構成決定５４の実施形態の一例が図示されている。投影画像５３は、図２に関して上で述べたように、未処理画像データを前処理することから形成され得る。基準標識及び／又は解剖学的特徴の位置６４を投影画像５３の何枚か又は全てにおいて識別することができる（ブロック６２）。この識別は、自動、手動、又は半自動すなわち何らかの利用者との対話を伴うもののいずれであってもよい。自動識別は、例えば一般的な画像処理、医用画像処理又はコンピュータ映像からのアプローチを用いることができる。解剖学的標識の識別及び位置決定のためには、一般的な解剖学的モデル、解剖学的アトラス、及び事前の解剖学的知見を活用するアルゴリズムを用いることができる。標識の集合が十分に一般的である場合には、全ての標識を各々の画像毎に識別したり位置決定したりする必要はなく、すなわち部分集合で十分である。場合によっては、全ての標識が各々の投影画像において可視であったり又は識別可能であったりしなくてもよい。
【００２６】
次に、撮像時幾何学的構成の推定６８を確定することができる（ブロック６６）。本発明の手法の幾つかの実施形態では、撮像時幾何学的構成は、投影画像５３の少なくとも何枚かについて部分的に既知であり得る。すなわち、例えば、イメージング・システム構成は、画像取得時に線源−検出器間距離が固定されていた、又は焦点スポットの検出器平面への投影のような主点が固定されていたといったものであってよい。代替的には、取得時に、検出器が被撮像体に対して静止していてもよいし、明確に定義された円形軌跡に沿って走行していて、この軌跡に沿った角度位置のみを決定すればよいようなものであってもよい。本発明の手法の他の実施形態では、撮像される標識の相対位置は、少なくとも部分的に既知であり得る。すなわち、標識の幾つか又は全ての間の距離の事前知識が存在していてもよいし、３個以上の標識を通る線の対の間の角度の事前知識が存在していてもよい。本発明の手法の一実施形態では、明確に定義された較正ファントムの利用等によって、基準標識を用いてこれらの標識の三次元位置が完全に既知となるようにすることができる。この場合には、撮像時幾何学的構成５５は、投影画像５３から抽出された情報から推定され得る。本発明の手法のもう一つの実施形態によれば、標識の三次元位置を推定することもできる。この推定は繰り返し式の工程を含むことができ、かかる工程においては、三次元標識位置の推定を算出し、次いで、投影画像５３における標識の予測された位置が投影画像５３における検出された標識位置に最もよく一致するように撮像時幾何学的構成５５を算出する。
【００２７】
推定された撮像時幾何学的構成６８から、投影画像５３における基準標識及び／又は解剖学的特徴の推定された位置７２を決定することができる（ブロック７０）。幾つかの実施形態では、識別された位置６４を関連する投影画像５３の知見と組み合わせて用いて、撮像時幾何学的構成６８を推定する一部として標識の三次元位置を実際に推定することができる。この場合には、撮像時幾何学的構成６８の推定を標識の三次元位置を推定することと共に実行してもよいし、又はこれらの動作を別個のステップとして実行してもよい。標識の三次元位置を推定するステップ７０が各回の繰り返し毎に実行されなくてもよい。一旦、推定された位置７２が決定されたら、これらの位置を以前に識別された位置６４と比較することができる。各々の標識について、識別された位置６４と推定された位置７２との間の差に基づいて、投影誤差７６を算出する（ブロック７４）。これらの投影誤差７６を２個以上の誤差成分８０に分解することができ（ブロック７８）、これら誤差成分８０の少なくとも１個が撮像時幾何学的構成５５のそれぞれの幾何学的パラメータに対応するようにする。撮像時幾何学的構成の幾何学的パラメータとしては、例えば線源１２の三次元位置を記述する３個のパラメータ（すなわち検出器に対する水平方向及び垂直方向の両方での並進）、検出器２２の三次元位置を記述する３個のパラメータ（すなわち水平方向及び垂直方向の両方での並進）、並びに検出器２２の三次元配向を記述する３個のパラメータ（すなわち平面内回転及び二方向での傾斜）等がある。
【００２８】
誤差成分８０を解析して（ブロック８２）、推定された撮像時幾何学的構成６８が十分であるか、すなわち幾何学的不完全性に起因する重大な画質劣化が存在しないかを決定することができる。誤差成分が大き過ぎる場合には、１又は複数の幾何学的パラメータを更新して（ブロック６６）、投影画像５３及び誤差成分８０に基づいて新たな推定された撮像時幾何学的構成６８を生成することができる。場合によっては、三次元撮像時幾何学的構成５５の極めて正確な表現を決定しないでも良好な画質が達成されることもある。このような場合には、一般的には、標識の推定された位置７２と識別された位置６４とが推定された撮像時幾何学的構成６８に基づいて既に良好に整列しており、再構成されたデータ集合の画質を良好にするのに十分となっている。撮像時幾何学的構成５５が部分的に既知であるような本発明の手法の実施形態の一例では、この知見を用いて、推定された撮像時幾何学的構成６８の繰り返し式更新を制約することができる。標識の相対位置が少なくとも部分的に既知であるような本発明の手法のもう一つの実施形態では、この知見を用いて、標識の推定された三次元位置の繰り返し式更新を制約することもできる。これらの制約は各回の繰り返し毎に適用されなくてもよい。当業者は、これらの手法及び米国特許出願第１１／２８９，３４６号、“Method and Device for Geometry Analysis and Calibration of Volumetric Imaging Systems”（２００５年１１月２９日出願、Bernhard Claus）に記載された手法のような手法を用いてもよいことを認められよう。尚、この特許を参照によりその全体として本出願に援用する。
【００２９】
ブロック６６〜ブロック８２の動作は、必要に応じた回数だけ繰り返されて、十分な撮像時幾何学的構成５５を達成することができる。各回の繰り返しにおいて、１又は複数の幾何学的パラメータを調節して、推定された撮像時幾何学的構成６８を更新することができる。加えて、異なるパラメータを異なる繰り返しにおいて調節してもよい。一旦、誤差成分８０が十分に小さくなったら、この撮像時幾何学的構成５５を用いて、図２に関して上で議論した再構成５６のものと同様の又は同一の手法を用いて、投影画像５３を再構成することができる（ブロック８６）。本発明の手法の実施形態の一例によれば、被撮像容積の一部又は全てを再構成することができる。すなわち、利用者は、利用者が特に関心を抱いた容積又は小容積のみを含み得る要求される容積８４を入力することができる。次いで、被撮像体の構成可変型容積表現８８を解析し、又は後の利用のために記憶することができる。
【００３０】
本発明の幾つかの特徴のみについて本書で図示して説明したが、当業者には多くの改変及び変形が想到されよう。従って、特許請求の範囲は、本発明の真意に含まれるような全ての改変及び変形を網羅するものと理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の手法の各観点による処理済み画像を形成するのに用いられるトモシンセシス・イメージング・システムの形態の例示的なイメージング・システムの線図である。
【図２】本発明の手法の実施形態の一例の流れ図である。
【図３】本発明の手法のさらに他の実施形態の流れ図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  トモシンセシス・システム
１２  Ｘ線放射線源
１４  Ｘ線ビーム
１６  コリメータ
１８  患者
２０  放射線の一部
２２  検出器アレイ
２４  システム制御器
２６  Ｘ線制御器
２８  モータ制御器
３０  データ取得システム
３２  位置サブシステム
３４  コンピュータ
３６  メモリ装置
３８  操作者ワークステーション
４０  表示器
４２  プリンタ
４４  画像保管及び通信システム（ＰＡＣＳ）
４６  遠隔クライアント
５０  工程
５１  未処理画像データ
５２  未処理データを処理する
５３  投影画像
５４  取得時幾何学的構成を決定する
５５  取得時幾何学的構成
５６  容積表現を再構成する
５８  容積表現
６０  工程
６２  基準標識及び／又は解剖学的特徴の位置を識別する
６４  基準標識及び／又は解剖学的特徴の位置
６６  撮像時幾何学的構成を確定する
６８  推定された撮像時幾何学的構成
７０  基準標識及び／又は解剖学的特徴の推定された位置を決定する
７２  基準標識及び／又は解剖学的特徴の推定された位置
７４  投影誤差を算出する
７６  投影誤差
７８  投影誤差を分解する
８０  誤差成分
８２  誤差成分を解析する
８４  要求された容積
８６  容積表現を再構成する
８８  構成可変型容積表現
【図３】
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【図１】
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【図２】
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