(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トモシンセシスデータセットからマーカーアーチファクトを除去するための方法であって、
第１の複数の投影画像をトモシンセシスＸ線イメージングによって取得することであって、前記第１の複数の投影画像が、少なくとも１つのアライメントマーカーの少なくとも１つの撮像された表示を含む、前記取得することと；
第２の複数の投影画像を生成するために、前記第１の複数の投影画像上にある前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記撮像された表示のＸ線減弱への寄与を、減算またはインペインティングすることで最小化または除去することと；
複数の断層画像を前記第２の複数の投影画像から再構成することと、を含む、前記方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記撮像された表示を、前記第１の複数の投影画像上に配置することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｘ線減弱を骨の厚さに変換するための較正関数を作成することと；
前記少なくとも１つのアライメントマーカーの既知のジオメトリを前記較正関数に適用して、前記少なくとも１つのアライメントマーカーに起因する推定されるＸ線減弱を概算することと、をさらに含み、
前記最小化することが、前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記撮像された表示から前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記推定されるＸ線減弱を減算することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記最小化することが、新規のピクセル値を、テクスチャのインペインティング、補間手法、曲率に基づくインペインティング、およびランドマークに基づくインペインティングのうちの１つの手法によって取得し、前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記撮像された表示を、前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記撮像された表示を囲う前記第１の複数の投影画像の領域からの情報を用いて、インペインティングすることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の投影画像を、前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記少なくとも１つの撮像された表示に基づいて、互いに対してアライメントすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つのアライメントマーカーが球形または準球形である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのアライメントマーカーが、Ｘ線不透過性の外部とＸ線透過性の内部とを有する球である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのアライメントマーカーが照準リング上に提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも３つのアライメントマーカーが提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも３つのアライメントマーカーが同一直線上にはない、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
トモシンセシスデータセットからマーカーアーチファクトを除去するためのシステムであって、
第１の複数の投影画像をトモシンセシスＸ線イメージングによって取得することであって、前記第１の複数の投影画像が、少なくとも１つのアライメントマーカーの少なくとも１つの撮像された表示を含む、前記取得することと；
第２の複数の投影画像を生成するために、前記第１の複数の投影画像上にある前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記撮像された表示のＸ線減弱への寄与を、減算またはインペインティングすることで最小化または除去することと；
複数の断層画像を前記第２の複数の投影画像から再構成することと、を行うように動作可能な少なくとも１つのプロセッサを含む、前記システム。
【請求項１２】
前記プロセッサが、前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記撮像された表示を、前記第１の複数の投影画像上に配置するようにさらに動作可能である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサが、Ｘ線減弱を骨の厚さに変換するための較正関数を作成するように、ならびに、
前記少なくとも１つのアライメントマーカーの既知のジオメトリを前記較正関数に適用して、前記少なくとも１つのアライメントマーカーに起因する推定されるＸ線減弱を概算するように、さらに動作可能であり、
前記撮像された表示を最小化するために、前記プロセッサが、前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記撮像された表示から、前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記推定される表示を減算するように動作可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記撮像された表示を最小化するために、前記プロセッサが、新規のピクセル値を、テクスチャのインペインティング、補間手法、曲率に基づくインペインティング、およびランドマークに基づくインペインティングのうちの１つの手法によって取得し、前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記撮像された表示を、前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記撮像された表示を囲う前記第１の複数の投影画像の領域からの情報を用いて、インペインティングすることを実施するように動作可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記プロセッサが、前記複数の投影画像を、前記少なくとも１つのアライメントマーカーの前記少なくとも１つの撮像された表示に基づいて、互いに対してアライメントするようにさらに動作可能である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
アパーチャと；
前記アパーチャ内に配置された少なくとも１つのアライメントマーカーであって、トモシンセシスＸ線イメージングによって複数の投影画像に撮像され得る前記少なくとも１つのアライメントマーカーと、を含む、照準リング。
【請求項１７】
前記アパーチャ内に設けられた取付面であって、前記少なくとも１つのアライメントマーカーを含む前記取付面をさらに含む、請求項１６に記載の照準リング。
【請求項１８】
少なくとも２つの取付面が提供され、前記取付面の各々が前記照準リングの両側に取り付けられ、および前記取付面の各々が少なくとも１つのアライメントマーカーを含む、請求項１７に記載の照準リング。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのアライメントマーカーが球形または準球形である、請求項１６に記載の照準リング。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのアライメントマーカーが、Ｘ線不透過性の外部とＸ線透過性の内部とを有する球である、請求項１６に記載の照準リング。
【請求項２１】
少なくとも３つのアライメントマーカーが提供される、請求項１６に記載の照準リング。
【請求項２２】
前記少なくとも３つのアライメントマーカーが同一直線上にはない、請求項２１に記載の照準リング。
【請求項２３】
前記少なくとも３つのアライメントマーカーが同一平面上にはない、請求項２１に記載の照準リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に、歯科環境において断層画像を取得することに関し、より詳細には、トモシンセシスデータセットからアーチファクトを除去するための方法、システム、装置、およびコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮影法は、Ｘ線源を対象物（例えば、患者または患者の一部分）の一方の側に配置し、Ｘ線源にＸ線を、対象物を通過して対象物の他方の側に設けられたＸ線検出器（例えば、放射線用フィルム、電子デジタル検出器、または輝尽性蛍光体プレート）に向かって放射させることによって、実施可能となる。Ｘ線は、Ｘ線源から対象物を貫通しながら、対象物の組成およびＸ線のエネルギーに依存して異なる程度で透過し、Ｘ線検出器に達するＸ線が、対象物によるＸ線減弱の累積に基づいた二次元（２Ｄ）Ｘ線画像（ラジオグラフとしても知られる）を形成する。したがって、単一のラジオグラフでは、対象物内のフィーチャに関する十分な奥行き情報が提供されない。フィーチャが、三次元（３Ｄ）空間の対象物において異なるものであっても、従来のラジオグラフでは重なり合うように見えることが多い。
【０００３】
歯科医療においてＸ線撮影法を実施することができ、歯科用Ｘ線撮影システムは、典型的には、壁付アームから吊設されたＸ線源と、口腔内Ｘ線センサとを含む。歯科用Ｘ線撮影システムは、比較的コンパクトであり、歯内療法等の治療の間に指針を示すためにチェアサイドで簡便に用いることができる。しかし、歯科用Ｘ線撮影法も、患者特有の解剖学的な内部のフィーチャ（例えば、歯根構造の形状）に関する奥行き情報を提供しない一方、このような奥行き情報は、歯科病変を診断および治療するのに有用であることが多いと考えられる。
【０００４】
Ｘ線コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、より詳細にはコーンビームコンピュータ断層撮影法（ＣＢＣＴ）は、奥行き情報を含む患者の３Ｄデータを取得するために用いられてきた。歯科用ＣＢＣＴは、患者が装置の中に座っているか立っている状態で、Ｘ線源と、広視野（一般的には患者の顎全体を撮影するのに少なくとも十分大きい視野）を有するＸ線検出器とを、患者の頭部周囲に少なくとも１８０°の走査角度で回転させることによって実施される。ＣＢＣＴによって得られる３Ｄデータは、臨床医の評価用にディスプレイスクリーン上に３Ｄレンダリングとして、または平行２Ｄ断層画像スライスのスタックとして表示可能であり、各スライスは、特定の深さでの患者の解剖学的形態の断面を表す。しかし、ＣＢＣＴ機械は、所有コストが高く、チェアサイドイメージングに使用するには大きすぎ、また患者を比較的高いＸ線線量に曝露させる（広視野、少なくとも１８０°の走査角度、および顎全体をＸ線透過させることに起因する）ものである。
【０００５】
トモシンセシスは、患者に関する３Ｄ情報を、ＣＢＣＴの走査角度よりも小さい走査角度（例えば、ＣＢＣＴの少なくとも１８０°に比して±２０°）内の複数の視点から、Ｘ線源を用いて患者を撮影した投影画像より再構成した２Ｄ断層画像スライスの形態で提供する、新たなイメージングモダリティである。トモシンセシスシステムは、マンモグラフィイメージング用に市販されている。イメージングモダリティとしてのトモシンセシスは、さらに口腔内イメージングに適用することもできる。
【０００６】
トモシンセシス画像スライスは、トモシンセシスシステムのジオメトリモデル（例えば、３Ｄ空間における撮影対象物の相対位置および角度）で撮られた投影画像を処理することによって再構成される。トモシンセシスシステムおよび／または対象物のジオメトリにおける空間的不安定性によって、前述のモデルから逸脱する位置ずれした投影画像をもたらすことがあり、その結果、再構成されたトモシンセシス画像スライスの画質や空間分解能が下がる場合がある。例えば、口腔内トモシンセシスイメージングの空間的不安定性は、意図的であるか意図的でないかにかかわらず、患者、アーム付Ｘ線源、および／または口腔内検出器の動きから生じ得る。
【０００７】
動きまたは他の空間的不安定性に影響される投影画像は、そのような動きまたは不安定性を相殺するために、再構成に先立ちアライメントされ得る。１つの解決策が、ＣＢＣＴイメージングからトモシンセシスイメージングまで適合され、これはすなわち、Ｘ線不透過性のマーカーをトモシンセシスイメージングシステムの視野内に配置して、投影画像の再配置が容易になり得る投影画像の可視的なガイドを設けることである。例えば、既知のジオメトリを有する３つ以上の高減衰マーカー粒子をイメージングシステムの視野内に配置することで、固定Ｘ線源および固定検出器のジオメトリに対するサンプル位置の簡単な演算を可能にすることができる。しかしながら、口腔内トモシンセシスの視野は、一般的に、ＣＢＣＴの視野よりも小さいため、Ｘ線不透過性マーカーを、該当する解剖学的詳細が投影画像で不明瞭にならない位置に配置することが困難な場合がある。特に、口腔内センサの使用可能な投影角度は、通常、±４５度に制限される。したがって、対象物は、深さ方向に沿って有意に不鮮明になることが多い。さらに、口腔内センサは、対象の口内に適合するように十分小さくする必要があるため、Ｘ線不透過性マーカーは、マーカーをどこに配置したとしても、該当する歯科用の解剖学的形態を不明瞭にする傾向にある。
【０００８】
加えて、投影画像におけるＸ線不透過性マーカーの高コントラストエッジによって、トモシンセシス画像の主な再構成アーチファクト（例えば、面外寄与および面内信号）が生じ得る。例えば、逆投影法では、高減衰マーカー粒子を使用することによって、画像アーチファクトをもたらす場合があり、これは、典型的には、大きな画像勾配が撮像ボリュームを通して逆投影されること、ならびにマーカー粒子によって不明瞭になった撮像フィーチャが薄暗くなることに起因した、撮像ボリューム全体にわたる顕著なストリーキングによって特徴付けられるものである。しかしながら、全角度トモシンセシス（ｆｕｌｌ−ａｎｇｌｅ  ｔｏｍｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）イメージングにおいては、マーカー粒子によって発生した任意のアーチファクトが、撮像ボリュームの極一部を不明瞭にするのみであることが多いため、画像アーチファクトは通常問題にはならない。
【０００９】
他の解決策は、上述したＸ線不透過性マーカーを人工的なアライメント標識として用いる手法とは対照的に、投影画像を固有の詳細および投影画像のフィーチャに基づいてアライメントすることであり、これはマーカーレスアライメントとしても知られる。しかし、マーカーレスアライメントの正確性は、一般に、アライメントに用いる画像フィーチャの深さの程度によって制限される。歯牙およびトラベキュラ等の、特定の種類の撮像された解剖学的形態が、マーカーレスアライメントを妨げる大きく変則的なフィーチャを含む場合もある。
【発明の概要】
【００１０】
前述の制限および他の制限に関連した現存する制限は、トモシンセシスデータセットからアーチファクトを除去する方法によって、ならびに該方法に従って動作するシステム、装置、およびコンピュータプログラムによって排され得る。
【００１１】
本明細書の例示的な実施形態によると、方法、システム、装置、およびコンピュータプログラム製品が、トモシンセシスデータセットからマーカーアーチファクトを除去するために提供される。該方法では、第１の複数の投影画像が、トモシンセシスＸ線イメージングによって取得され、第１の複数の投影画像が、少なくとも１つのアライメントマーカーの少なくとも１つの撮像された表示を含む。一態様では、第１の複数の投影画像上にある該少なくとも１つのアライメントマーカーの撮像された表示が、第２の複数の投影画像を生成するために最小化される。他の態様では、複数の断層画像が、第２の複数の投影画像から再構成される。
【００１２】
該方法は、信頼性が高くアーチファクトのない投影画像アライメントに有用となり得、これにより、再構成されたトモシンセシス画像のデータの質および空間分解能を向上させる。
【００１３】
さらなる特徴および利点、ならびに本明細書の種々の実施形態の構造および作用を、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【００１４】
本明細書で請求されるおよび／または説明される教示は、例示的な実施形態によってさらに説明される。これらの例示的な実施形態は、図面を参照して詳細に説明される。こうした実施形態は、非制限的な例示の実施形態であり、そこで、同様の参照符号は図面全体を通して同様の構造を表す。図面は以下のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本明細書の実施形態の一例によるトモシンセシスシステムのシステムブロック図である。
【図１Ｂ】本明細書の実施形態の例によるトモシンセシスシステムによって使用される線形走査経路の例を示す。
【図１Ｃ】本明細書の実施形態の例によるトモシンセシスシステムによって使用される湾曲走査経路の例を示す。
【図１Ｄ】本明細書の実施形態の例によるトモシンセシスシステムによって使用される円形走査経路の例を示す。
【図１Ｅ】直交投影角度から映された影の例を示す。
【図１Ｆ】非直交投影角度から映された影、および対象物の画像に誘起された視差の例を示す。
【図２】図１Ａに示すトモシンセシスシステムの例示的なコンピュータシステムのブロック図を示す。
【図３】本明細書の実施形態の例による、トモシンセシスデータセットを取得する、およびその中のマーカーアーチファクトを除去するプロセスを示すフローチャートである。
【図４Ａ】マーカーが上に配置された例示的な照準リングの正面図を示す。
【図４Ｂ】図４Ａの例示的な照準リングの上面図を示す。
【図５】マーカーの画像を含む例示的な投影画像を示す。
【図６】マーカー画像が除去された図５の例示的な投影画像を示す。
【００１６】
異なる図の少なくとも一部の参照符号が、同じ構成要素を特定するために同一である場合があるが、こうした構成要素の各々の詳細な説明は、各図に対して以下に提供されないことがある。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書に記載の例示的な態様によると、方法、システム、装置、およびコンピュータプログラムが、トモシンセシスデータセットからアーチファクトを除去するために提供される。
【００１８】
トモシンセシスシステム
図１Ａは、口腔内トモシンセシスデータセットを得るための、ならびに本明細書の実施形態の少なくとも一例によって構成および機能する、口腔内トモシンセシスシステム１００のブロック図を示す。システム１００は、対象となる対象物５０の１つ以上のＸ線画像を得るために機能することができ、対象物５０は、さらに１つ以上のサブ対象物（複数可）５２を含み得る。例えば、対象物５０は、患者の歯牙（複数可）および周囲の歯列であってもよく、サブ対象物（複数可）５２は、該歯牙内の歯根構造であってもよい。
【００１９】
システム１００は、Ｘ線検出器１０２およびＸ線サブシステム１１６を含み、これらの双方はそのサブコンポーネントを含んで、コンピュータシステム１０６に電気的に接続されている。一例では、Ｘ線サブシステム１１６は、天井付または壁付メカニカルアーム（図示せず）から吊設され、したがって対象物５０に対して自在に位置することができる。Ｘ線サブシステム１１６は、電動ステージ１１８上に搭載されたＸ線源１０４をさらに含み、また内蔵モータコントローラ１２０も提示する。内蔵モータコントローラ１２０は、電動ステージ１１８の動きを制御する。
【００２０】
コンピュータシステム１０６は、ディスプレイ装置１０８と入力装置１１４とに電気的に接続されている。ディスプレイ装置１０８は、出力および／または入力ユーザーインターフェイスとなり得る。
【００２１】
Ｘ線検出器１０２は対象物５０の一方の側に配置され、Ｘ線検出器１０２の受光面はデカルト座標系のＸＹ平面に延在する。Ｘ線検出器１０２は、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デジタル検出器のピクセルアレイ、または電荷結合素子（ＣＣＤ）デジタル検出器のピクセルアレイ等を含む、小型の口腔内Ｘ線センサであり得る。本明細書の実施形態の例において、Ｘ線検出器１０２のサイズは、対象物５０が属する患者のタイプにより様々であり、より詳細には、Ｘ線検出器１０２は、歯科業界で用いられる標準サイズのうちの１つであってもよい。標準歯科用サイズの例として、大きさ約２７ｍｍ×３７ｍｍであり一般に大人の患者に用いられる「サイズ２」検出器、大きさ約２１ｍｍ×３１ｍｍであり一般にサイズ２の大人の患者よりも小さい患者に用いられる「サイズ１」検出器、および大きさ約２０ｍｍ×２６ｍｍであり一般に小児患者に用いられる「サイズ０」検出器が挙げられる。本明細書のさらなる実施形態の例において、Ｘ線検出器１０２の各ピクセル幅は１５μｍであり、それに対応して、サイズ２検出器は１７００×２４００ピクセルアレイの約４００万ピクセルを有し、サイズ１検出器は１３００×２０００ピクセルアレイの約２７０万ピクセルを有し、サイズ０検出器は１２００×１６００ピクセルアレイの約１９０万ピクセルを有する。Ｘ線検出器１０２の色分解能は、本明細書の実施形態の一例において、１２ビットグレースケール分解能であり得るが、この例は制限されるものではなく、他の例示的な色分解能が、８ビットグレースケール分解能、１４ビットグレースケール分解能、および１６ビットグレースケール分解能を含んでもよい。
【００２２】
Ｘ線源１０４は、Ｘ線検出器１０２から対象物５０の対向する側に配置される。Ｘ線源１０４はＸ線１１０を放射し、Ｘ線１１０が対象物５０を透過してＸ線検出器１０２によって検出される。Ｘ線源１０４は、Ｘ線検出器１０２の受光面に向かってＸ線１１０を放射するように、デカルト座標系の少なくともＺ軸方向に指向されるが、ここで、Ｚ軸はＸ線検出器１０２の受光面に対応するＸＹ平面に直交している。
【００２３】
Ｘ線源１０４は、Ｘ線１１０をＺ軸方向に放射することに加え、さらに走査角度１１２内の複数の異なる位置の各々に配置されながらＸ線１１０を放射し得るが、走査角度１１２の０°位置が、Ｚ軸に沿ってＸ線１１０を放射する位置に相当する。本明細書の実施形態の一例において、ユーザーは、初めにＸ線サブシステム１１６を、したがって共にＸ線源１０４を、対象物５０に対する所定の開始位置に配置させる。次いで、コンピュータシステム１０６が内蔵モータコントローラ１２０を制御し、Ｘ線源１０４を、電動ステージ１１８を介して既知の開始位置から動かし、走査角度１１２内の異なる位置の各々までステッピングさせる。コンピュータシステム１０６は、Ｘ線源１０４を制御して、Ｘ線源１０４にそれらの位置の各々でＸ線１１０を放射させる。
【００２４】
Ｘ線源１０４の軸は、Ｘ線源の軸の延長線が、上述したように検出器によって画定されるＸＹＺデカルト座標系の口腔内センサ中心に近接した照準点１２２または該中心上の照準点１２２と実質的に交差するように、各々の位置に対して位置決めされる。照準点１２２は、例えば、走査角度１１２の外側限界に位置したＸ線源１０４から放射されるＸ線１１０が、Ｘ線検出器１０２に照準され、およびＸ線検出器１０２から外れないように、検出器に近接して設置され得る。図１Ａでは、０°位置はＸ線源１０４で表される一方、参照符号１０４ａおよび１０４ｂは、同一のＸ線源であるが走査角度１１２内の２つの他の例示的な位置におけるＸ線源を表す。走査角度１１２は、例えば、０°位置から±２０°であり得るが、この例は限定的ではない。
【００２５】
さらに、Ｘ線源１０４を走査角度１１２に沿って配置することによって、例えば、図１Ｂに示す線形走査１３０、図１Ｃに示す湾曲走査１３２、または図１Ｄに示す円形走査１３４等の異なる走査経路が構成され得る。線形走査１３０（図１Ｂ）では、Ｘ線源１０４は、Ｘ線１１０を照準点１２２に向けて放射しながらＸＹ平面内で直線的に動く。湾曲走査１３２（図１Ｃ）では、Ｘ線源１０４は、Ｘ線１１０を照準点１２２に向けて放射しながら弧状に動く。円形走査１３４（図１Ｄ）では、Ｘ線源１０４は、Ｘ線１１０を照準点１２２に向けて放射しながらＺ軸の周りを回転する。走査位置が、デカルト座標系における任意の特定の１つ以上の平面に配列されてもよい。
【００２６】
放射されたＸ線１１０が対象物５０を通過するにつれて、Ｘ線１１０のフォトンが、カルシウムを多く含む歯牙および骨等の対象物５０の高密度構造体によって著しく減弱されるが、歯茎および頬等の軟組織によってはあまり減弱されないであろう。減弱させる構造体の１つ以上が、サブ対象物（複数可）５２であり得る。対象物５０（およびサブ対象物（複数可）５２）を透過し、またそれによって減弱されるＸ線１１０はＸ線検出器１０２上に投影され、Ｘ線検出器１０２が該Ｘ線１１０を電気信号に変換して、該電気信号をコンピュータシステム１０６に提供する。実施形態の一例では、Ｘ線検出器１０２は、まずＸ線１１０を光学像に変換し、次いで該光学像を電気信号に変換する間接型検出器（例えば、シンチレータＸ線検出器）であり得、また実施形態の他の例では、Ｘ線検出器１０２は、Ｘ線１１０を電気信号に直接変換する直接型検出器（例えば、半導体Ｘ線検出器）であり得る。コンピュータシステム１０６は、電気信号を処理して、既知の方法で対象物５０の二次元投影画像を形成する。本明細書の実施形態の一例において、二次元投影画像の画像サイズは、Ｘ線検出器１０２の寸法とピクセル数とに対応する。したがって、二次元投影画像のピクセル値は、対象物５０によるＸ線減弱の累積を表す。
【００２７】
システム１００は、まずＸ線源１０４を、０°位置を含み得る走査角度１１２内の異なる角度に配置することによって、およびこれらの異なる角度の各々でＸ線１１０を対象物５０を通ってＸ線検出器１０２に向かって放射させ、Ｘ線検出器１０２がコンピュータシステム１０６と協働して異なる角度の各々に対して対応する投影画像を出力することによって、複数の投影画像を収集することができる。例えば、複数の投影画像は、総計５１枚の投影を含むことができ、Ｘ線源が０°位置の場合に得られる１枚の直交投影画像と、それぞれの画像が、Ｘ線源１０４がＺ軸から±２０°の範囲内（走査角度１１２に相当）の異なる角度に配置された場合に得られる５０枚の投影画像と、を含む。実施形態の他の例では、投影画像の数は１２枚〜７０枚の範囲であってもよい。直交投影画像は、Ｘ線源が０°位置である場合に得られるため、従来のＸ線画像と同一の様相を有する。すなわち、二次元の直交投影画像は奥行き知覚を有さず、例えば図１Ｅに示すように、直交投影画像では対象物５０内の１つ以上のサブ対象物（複数可）５２が互いに重なり合うよう見え得る。一方で、例えば図１Ｆに示すように、走査角度１１２に沿って異なる角度から撮像される際に、対象物５０内のＺ軸の異なる深さでのサブ対象物（複数可）５２には様々な角度の視差が生じる。
【００２８】
Ｘ線源１０４が走査角度１１２を掃引する際に、Ｘ線センサ１０２の受光面全体がＸ線源１０４によって放射されるＸ線１１０に曝露されるように、Ｘ線源１０４はＸ線センサ１０２に対して照準されるべきである。Ｘ線源１０４が適正に照準されない場合、Ｘ線センサ１０２の一部が、走査角度１１２におけるＸ線源１０４の１つ以上の位置でＸ線１１０に曝露されないままになる可能性があり、曝露されない領域では対応する投影画像が明るく（すなわち白く）なり、サブ対象物（複数可）５２を欠くと考えられる。このエラーはコーンカットとして知られる。Ｘ線源１０４の照準を容易にするために、口外照準リング１２４がＸ線センサ１０２に取り付けられ、Ｘ線源１０４が０°位置の場合に、放射されるＸ線１１０がＸ線センサ１０２の中心に照準されるように、またＸ線センサ１０２に実質的に直角になるように、標的を提供する。
【００２９】
加えて、照準リング１２４は、図４Ａの例に示すように、アパーチャ１２５と、アパーチャ１２５内に配置された少なくとも１つのマーカー１２６と、を含む。この実施形態では、少なくとも１つのマーカー１２６は、照準リング１２４のアパーチャ１２５内に設けられた少なくとも１つの取付面１２７上に提供される。それぞれが少なくとも１つのマーカー１２６を含む２つの取付面１２７が設けられ得る。さらに図４Ａに示すように、２つの取付面１２７は、照準リング１２４の両側に付けられ得る。トモシンセシスシステム１００は、上述したように、複数の投影画像を収集するため、少なくとも１つのマーカー１２６もＸ線１１０によって撮像されて、複数の投影画像上に現れる。複数の投影画像上の少なくとも１つのマーカー１２６の存在によって、トモシンセシス画像スタックへの再構成に先立ち、本明細書で以下にさらに説明される方法で、複数の投影画像のアライメントが容易になる。
【００３０】
実施形態の一例では、図４Ｂに示すように、照準リング１２４は、Ｘ線センサ１０２を保持するように調整されたセンサホルダ１２８に取り付けられ得る。本明細書の実施形態の他の例では、少なくとも１つのマーカー１２６が、例えば、センサホルダ１２８の位置を調節することによって、Ｘ線センサ１０２から約２インチのところで照準リング１２４に取り付けられ得る。さらに実施形態の他の例では、３つの離間した、同一直線上にはないマーカー１２６が設けられ、該３つのマーカー１２６が各走査画像に可視化されるようにする。少なくとも３つの可視マーカー１２６を各走査画像に設けることによって、各画像投影に対するシステムの向きを推定することが可能になる。しかし、マーカー１２６が視野にわたってトラバースすることを考慮すると、各画像投影が確実に相当数のマーカーを備えるように、追加のマーカーが必要になり得る。例えば、本明細書の実施形態のさらなる例では、３０個のマーカー１２６が照準リングに取り付けられ、少なくとも８個のマーカー１２６がＸ線センサ１０２の視野内で可視化される。
【００３１】
また、本明細書の実施形態の一例において、マーカー１２６の形状およびＸ線減弱係数が予め定められ、コンピュータシステム１０６に格納され得る。例えば、異なるシステムジオメトリを用いて取得される一連の画像投影にマーカー１２６を配置させるために、マーカー１２６は、広い角度範囲に対して先鋭なエッジを提供するようにデザインされ得る。したがって、先鋭なエッジを提供するようにマーカー１２６の形状が考慮されるべきである。その上、マーカーの減弱は、マーカーが重ね合わさる画像投影のエッジのうちの大きなエッジと少なくとも同程度の大きさになるように、十分大きくすべきである。
【００３２】
マーカー（複数可）１２６の形状は、例えば、球（より詳細には、本明細書の実施形態の一例において、１００μｍの直径を有する球）、準球形、非球形、周期構造、および非周期構造を含む様々な種類から選択され得る。実施形態の一例では、上述したように、一連の画像投影にマーカーを効率的に配置させるのに必要な先鋭なエッジを設けるために、球形または準球形の粒子が用いられる。加えて、マーカーの位置が特定されるという前提のもと、小さいマーカーを使用すると、小さいマーカーによってアーチファクトの発生が最小化され得るので有益になると見出されたことを考慮して、マーカーのサイズが検討されるべきである。
【００３３】
実施形態の一例では、全走査ボリュームに対するマーカーの厚さ勾配の比を最大化するマーカー１２６が提供される。さらに、この実施形態では、提供されるマーカーは、広範囲の視野角にわたって変動しない投影形状を有するべきである。球形マーカーの場合、マーカーの投影形状は、広範囲の視野角にわたって変動しないが、球形マーカーの厚さ勾配が、球のエッジ部を除いて小さくなる。実施形態の他の例では、空洞の球形マーカーが提供されるが、この場合、マーカーの減衰材料の全体積を小さくとどめる一方、厚さ勾配が高いままとなる。この実施形態の例では、マーカーの球形材料は、球形マーカーの中心部によって略影響を受けない表示が可能になるように、および撮像される骨材料のＸ線吸収に類似するように、十分な透過性を持つべきであり、そうした場合、球形マーカーの減弱への寄与を効率的に除去することができる。さらに、この実施形態の例では、球形マーカーの直径は、マーカーの投影が連続画像投影上で互いに重ならないように選択されるべきである。実施形態の一例では、球形マーカーはＸ線センサ１０２から少なくとも５０ｍｍ離間し、およびトモシンセシスシステム１００が走査角度１１２を各画像投影につき１度ずつ変化させると仮定すると、マーカーの球の最大直径は、約０．９ｍｍとなるであろう。実施形態の他の例では、球形マーカーの壁厚は、投影画像においてエッジに沿って見た場合に、球形マーカーのエッジに対して良好なコントラストを提供するのに十分な厚さを有するべきである。また一方で、球形マーカーの壁厚は、入射Ｘ線１１０の少なくとも３０％を透過させるように十分に薄くすべきである。
【００３４】
さらに、各マーカー１２６は、歯科用の解剖学的形態と同様なＸ線減弱係数を有するように構成され得る。例えば、少なくとも１つのマーカー１２６は、骨と同様のエネルギー依存性Ｘ線減弱係数、およびトモシンセシスシステムのダイナミックレンジ内に収まるのに十分な薄さを有する、スチール、アルミニウム、または任意の金属もしくは合金から構成され得る。骨と同様のＸ線減弱係数のＸ線エネルギー依存性を有するため、較正された投影厚さが、各投影画像に対して計算され得る。より詳細に以下に論じるように、マーカー１２６が画像に配置されると、この較正された投影厚さを用いて、マーカー１２６の寄与を算出して正確に減算することができる。また、トモシンセシスシステム１００のダイナミックレンジ（すなわち、取得された歯科用解剖学的形態の画像における最大ピクセル値と最小ピクセル値との間の範囲）に収まるように十分な薄さを有することによって、少なくとも１つのマーカー１２６下に重畳された領域の画像コントラストおよび画質が実質的に維持される。
【００３５】
本明細書の他の例示的な実施形態では、各マーカー１２６は、高Ｘ線減弱性の外部（電気めっきされたＸ線不透過性の金属等）と、低Ｘ線減弱性の内部（すなわち、Ｘ線透過性材料）と、を有する球として構成され得る。上述したことによって、マーカー１２６は、アライメントを目的とした投影画像上に可視化される（高Ｘ線減弱性の外部に起因）一方、特に、球形状のマーカー１２６の最も厚い部分（すなわち球の中心）を通過した際にも、単一のＸ線不透過性材料から構成されたマーカー１２６に比して解剖学的形態の詳細を不明瞭にしない（低Ｘ線減弱性の内部に起因）。言い換えると、低Ｘ線減弱性の内部を有するマーカー１２６を透過するＸ線１１０は、全てＸ線不透過性材料から構成されたマーカー１２６を透過するＸ線１１０に比して、全体として少ない減弱性を受けるであろう。
【００３６】
コンピュータシステム１０６は、画像に出現するマーカーの表示に基づいて複数の投影画像をアライメントし、アライメントされた投影画像上のマーカーの存在を最小限にし、および複数の投影画像を処理して一連の二次元トモシンセシス画像スライス（トモシンセシス画像スタックとしても知られる）を以下に説明する方法で再構成する。各画像スライスは、Ｘ線検出器１０２の受光面が延在する平面に対して平行であり、異なるＺ軸の深さ方向を有する。
【００３７】
トモシンセシススタックのうちの１つ以上の画像スライスが、コンピュータシステム１０６によってディスプレイ装置１０８上でユーザー表示用に提供される。
トモシンセシスデータセットからアーチファクトを除去する方法
【００３８】
口腔内トモシンセシスシステム１００は、以下図３と共にさらに説明され、図３は、トモシンセシスイメージングを実施するための、およびトモシンセシスデータセットからアーチファクトを除去するための、本明細書の実施形態の例によるプロセスの流れ図を示す。
【００３９】
図３のプロセスは、ステップＳ３０２で開始する。
【００４０】
ステップＳ３０４では、測定されたＸ線減弱を対象物の厚さに変換し、およびその逆を行うことができ、ならびにトモシンセシスシステム１００に特有である較正関数を生成する。本明細書の実施形態の一例では、較正関数を以下のように生成する。まず、既知のＸ線減弱特性を有するＸ線ファントム（図示せず）が、Ｘ線センサ１０２とＸ線源１０４との間に置かれる。例えば、一定のエネルギーのＸ線照射に対して、Ｘ線ファントムの既知のＸ線減弱特性が、Ｘ線ファントムによるＸ線減弱の累積となり、これは、ランベルト・ベールの法則（ベールの法則としても知られる）によって、Ｘ線ファントムの既知の厚さおよびＸ線ファントムの既知のＸ線減弱係数から算出され得る。従来のＸ線源により放射されるＸ線の広域スペクトルを補整するために、Ｘ線ファントムのＸ線減弱特性が測定されてもよい。Ｘ線源の１キロ電子ボルトあたりのエネルギー束を関数Ｆ（Ｅ）としてモデル化でき、Ｘ線エネルギーＥでの固体の減衰長を関数ｌ（Ｅ）としてモデル化できると仮定すると、予測される透過は、式
【数１】
0006785776.tif 000002
により、Ｘ線源によって放射される全てのエネルギーにわたって積分することで算出することができる。ここで、式中、Ｔは固体を通る全ての透過束であり、ｔは固体の厚さであり、ＥｍａｘはＸ線源より放射されるＸ線エネルギーの最大値である。実験の不確定性要素（例えば、陽極の状態の経時変化）を考慮して、Ｘ線透過からの材料の厚さの推定は、一般的にＸ線ファントム材料の直接測定により行われる。Ｘ線ファントムをＸ線センサ１０２とＸ線源１０４との間に置いた後に、Ｘ線源１０４からＸ線センサ１０２に向かってＸ線１１０を放射することによって、イメージング操作を実行し、これにより、受光されたＸ線１１０がコンピュータシステム１０６によって処理される電気信号に変換され、投影画像が形成される。較正関数は、投影画像のピクセル値（Ｘ線ファントムを通るＸ線１１０の累積減衰を表す）を、Ｘ線ファントムの既知のＸ線減弱特性と相関させることによって生成される。
【００４１】
本明細書の実施形態の一例では、ステップＳ３０４は、図３の手順を実行するごとに実施される。本明細書の実施形態の少なくとも一部の例では、ステップＳ３０４は任意であり、すなわち、ステップＳ３０４は図３の手順を実行するごとに実施されなくてもよいが、その代わりに、定期的に（例えば、毎週、毎月、毎年、もしくは他の間隔で）、不定期の間隔で、または、通常の操作の許容誤差（例えば、製造業者の仕様により画定される）を外れてＸ線センサ１０２および／もしくはＸ線源１０４の性能に変化が見られることによって必要が生じた場合に、実施されてもよい。
【００４２】
ステップＳ３０６では、コンピュータシステム１０６が、較正関数の逆関数を用いて、本明細書で以下にさらに説明されるステップＳ３０８で得られた複数の投影画像等の、トモシンセシスシステム１００によって得られた画像に出現する、アライメントマーカー１２６起因と考えられる推定Ｘ線減弱を算出する。本明細書の実施形態の例では、アライメントマーカー１２６は、上述したように、既知のジオメトリおよび既知のＸ線減弱係数を有する。したがって、推定Ｘ線減弱および対応する推定ピクセル値は、マーカー１２６の既知のジオメトリと既知のＸ線減弱係数とを、ステップＳ３０４で生成された較正関数に適用することによって算出される。較正（ステップＳ３０４）が実行されたと仮定すると、投影画像は材料の等価厚さに相当する。マーカージオメトリおよびマーカー材料の減弱特性が既知であり、マーカー材料のＸ線エネルギー依存性が較正材料のＸ線エネルギー依存性と同様であることを考慮して、マーカーモデルが、マーカーのソリッドモデルによって、骨の減衰長に対するマーカー材料の減衰長の比によりスケール変更された投影として算出され得る。較正（ステップＳ３０４）が実行されなかったと仮定すると、厚さに略相当する大きさが、サンプルが存在しない時の透過束に対する該透過束の比の負の対数を概算することによって計算され得る。その概算に続いて、マーカーによって占められる領域を、マーカーのソリッドモデルによる投影と同一の空間依存性を持つ関数にフィッティングし、その結果としてスケーリング因子を算出することにより、マーカーの厚さが概算され得る。次いで、スケーリング因子はマーカーのソリッドモデルによる投影と組み合わされて、減算に適したマーカーモデルを得る。
【００４３】
ステップＳ３０７では、本明細書の実施形態の一例において、トモシンセシスシステム１００が、上述した方法で、Ｘ線センサ１０２に取り付けられた口外照準リング１２４に向けてＸ線源１０４を手動で照準すること（例えば、コーンカットを回避するためのアライメント）によって、イメージング手順を実施するために、ユーザーにより調整される。また、ユーザーは、照準リング１２４上に配置された少なくとも１つのマーカー１２６が、Ｘ線センサ１０２の視野内であることを確認する。
【００４４】
ステップＳ３０８では、口腔内トモシンセシスシステム１００が、Ｘ線センサ１０２の視野内に配置された対象物５０と少なくとも１つのマーカー１２６との複数の投影画像を、走査角度１１２（予め定められ得る）にわたって、上述した方法で取得する。例えば、Ｘ線源１０４は、電動ステージ１１８および制御回路１１６によって走査角度１１２内の異なる位置に移動し、コンピュータシステム１０６は、Ｘ線源１０４を制御してＸ線１１０を各位置で放射させる。本明細書の実施形態の一例では、０°位置を含む５１点の走査角度を提供するために、Ｘ線源１０４を、Ｚ軸−２０°からＺ軸＋２０°までの均等に分布された０．８°刻みの各位置で、検出器に向けてＸ線を投影するように回転しながら走査するが、この例は限定的ではない。続いて、Ｘ線１１０は、対象物５０および少なくとも１つのマーカー１２６を透過し、これらによって減弱された後に、Ｘ線検出器１０２上に投影される。Ｘ線検出器１０２は、Ｘ線１１０を電気信号に変換し（上述したように、直接的または間接的に）、該電気信号をコンピュータシステム１０６に提供する。コンピュータシステム１０６は、各走査角度位置で収集された電気信号を処理し、それぞれがピクセルアレイを含む複数の投影画像を取得する。特に、０°位置でのＸ線源１０４で取得された画像は、本明細書において直交投影画像とも称される。
【００４５】
したがって、各投影画像は、撮像された対象物５０（例えば、患者の歯牙）の画像表示と、少なくとも１つのマーカー１２６の画像表示（便宜上、以下「マーカー画像」と称する）と、を含む。実施形態の他の例では、各投影画像は２つ以上のマーカー画像を含む。図５は、ステップＳ３０８により得られた、歯牙４０２とマーカー画像４０４とを示す投影画像の例を示す。図６は、マーカー画像４０４が除去されて、領域５０２にマーカー画像４０４のない、図５の投影画像の例を示す。
【００４６】
本明細書の実施形態の一例において、投影画像の各ピクセル値の色深度は、１２ビットグレースケールであり得、また投影画像の寸法は、上述のようにＸ線検出器１０２の標準歯科用サイズに対応する。例えば、サイズ２検出器は、約１７００×２４００ピクセルサイズの投影画像を生成することができ、サイズ１検出器は、約１３００×２０００ピクセルサイズの投影画像を生成することができ、サイズ０検出器は、約１２００×１６００ピクセルサイズの投影画像を生成することができる。
【００４７】
ステップＳ３１０では、コンピュータシステム１０６が、複数の投影画像の各々にマーカー画像を配置する。マーカー１２６が球である実施形態の例では、対応するマーカー画像が円形状であり、マーカー画像は、例えば円のハフ変換による既知の方法で配置され得る。さらなる実施形態の例では、マーカー１２６の既知の直径を使用して、例えば、円のハフ変換を用いてマーカーを配置する（例えば、Comparative study of Hough Transform methods for circle finding, Yuen et al, Image and Vision Computing, Feb. 1990、またはGeneralizing the Hough transform to detect arbitrary shapes, D. H. Ballard, Pattern Recognition (1981)を参照）。
【００４８】
ステップＳ３１２では、コンピュータシステム１０６が、複数の投影画像の各々を、複数の投影画像に出現するマーカー画像（例えば、図５に示すマーカー４０４）に基づいて互いに対してアライメントする。本明細書の実施形態の一例では、スライスが、それぞれの投影画像において、既知の方法（例えば、回転、スケーリング、および平行移動等を含み得る線形変換）に従って、対応するマーカー画像の画像レジストレーション処理によりアライメントされる。本明細書の実施形態の他の例では、本明細書で以下にさらに説明されるステップＳ３１６での後続の再構成プロセスで用いられる逆投影行列が、画像スライスのミスアライメントを補正するように調整され得る。各逆投影行列は、検出器に対するＸ線源の位置の関数である。マーカー位置は、特定の投影に対して、Ｘ線源位置の計画軌道からの逸脱を概算するのに用いることができ、したがって、その投影に適用される逆投影行列の算出用に使用される入力パラメータを調整するのに用いることができる。
【００４９】
投影画像がステップＳ３１２でアライメントされた後に、ステップＳ３１４が、複数の投影画像からマーカー画像を除去するか、または少なくとも実質的に最小化するように実行され、複数のマーカーが最小化された投影画像を生成する。例えば、図６は、図５の投影画像にあるマーカー画像４０４が除去されて、領域５０２にマーカー画像４０４が見られない投影画像の例を示す。マーカー画像を除去する理由は、それらの存在（特に、マーカー画像起因となり得る高コントラストエッジ）が、ステップＳ３１６にて複数の投影画像から再構成されるトモシンセシス画像スライスにおいて、面外寄与および面内信号等の再構成アーチファクトの一因となり得るからである。なお、ステップＳ３１６については本明細書で以下にさらに説明する。
【００５０】
ステップＳ３１４は、ここで続いて説明する異なる手法により実行され得る。
【００５１】
本明細書の実施形態の一例において、ステップＳ３１４は、ステップＳ３０６において算出された推定マーカーＸ線減弱を、ステップＳ３１０で配置されたマーカー画像の各々から減算することによって実行される。マーカー画像のピクセル値は、対応するマーカー１２６による、およびＸ線経路内の対象物５０の任意の部分によるＸ線の累積減衰を表すため、推定マーカーＸ線減弱を投影画像から減算することによって、主に対象物５０に起因したＸ線減弱が残分として残ることになる。したがって、ステップＳ３１４で減算手法を利用することによって、マーカー画像により不明瞭にされた対象物５０（例えば、歯科用解剖学的形態）に関する画像情報が明らかになり得る。この実施形態の例では、マーカー１２６は、まず画像コンテンツにおけるＸ線減弱へのマーカー１２６の寄与を除去することができるように、走査画像（複数可）に配置されなければならない。実施形態の一例では、球形マーカーが用いられ、球形マーカーの中心部は高い減弱への寄与を有する一方で、低い減衰勾配を持つ。したがって、この実施形態の例では、球形マーカー中心部方向へと向かう球形マーカーの減弱への寄与を、線形化された減弱の直接減算によって除去することができる。さらに、この実施形態の例では、球形マーカーのエッジが高い減衰勾配を有するが、この減衰勾配の詳細は、球形マーカーのサブピクセルの位置ずれに依存すると考えられる。したがって、本実施形態では、球形粒子のエッジにより付与された減衰勾配を完全に除去することが困難である場合がある。
【００５２】
本明細書の実施形態の他の例では、ステップＳ３１４がインペインティング手法によって（上述した減算手法の代わりに）実行され、これはステップＳ３１０で配置された各マーカー画像に対して、該マーカー画像よりも若干大きい領域を画定し、それらの領域内の投影画像に新規のピクセル値を割り当てるものである。インペインティング手法を用いると、投影画像の欠損部分または損傷部分を再構成することができる。インペインティング手法は、計算上、減算手法よりも簡易であるが、一般的に、マーカー画像によって不明瞭にされた対象物５０に関する画像情報を保存しない。種々のインペインティング手法が実施可能であり、該手法は、例えばテクスチャのインペインティング、補間手法、曲率に基づくインペインティング、またはランドマークに基づくインペインティングを含む。実施形態の一例では、テクスチャのインペインティング手法が用いられる。こうした手法は、投影画像の再構成された部分の美的性質が最も重要である質的なイメージングに適している。例えば、ＣＢＣＴイメージングでは、投影画像の不明瞭な部分と、その周囲の部分との間のスムーズな整合をもたらすインペインティング手法が望ましい。したがって、テクスチャのインペインティングは、この種の実施形態の例に望ましいと考えられる。実施形態の他の例では、ラプラス方程式を用いて投影画像の特定された境界から内部に補間する、インペインティング手法を用いる。この種の補間手法は、スムーズな領域を生成するという利点を有する。しかしながら、補間を用いるインペインティング手法は、再構成された領域よりも小さい空間範囲を備えたフィーチャに対して正確性に欠く結果をもたらすという不利な点を有する。実施形態の他の例では、曲率に基づくインペインティング手法が用いられ得る。曲率に基づくインペインティング手法は、例えばマーカー粒子と重なり合う歯牙のエッジ等の投影画像で部分的に不明瞭にされた単純な対象物に対して良好な結果を提供することができる。さらに実施形態の他の例では、ランドマークに基づくインペインティング手法が用いられる。ランドマークに基づくインペインティング手法では、例えば、トモシンセシス系の他の画像等のさらなる既知の画像情報が、再構成された単一の画像から欠損しているデータを概算するために用いられ得る。
【００５３】
本明細書の他の例示的な実施形態では、ステップＳ３１４において減算手法またはインペインティング手法のいずれかを実行した後に、さらなる処理が、マーカー画像の外周回りの画像アーチファクトを減じるように実施され得る。
【００５４】
ステップＳ３１６では、本明細書でさらに以下に説明するように、コンピュータシステム１０６が、一連の二次元トモシンセシス画像スライス（トモシンセシス画像スライスのスタックとしても知られる）を再構成するために、ステップＳ３１４で生成された複数のマーカーが最小化された投影画像を、再構成手法を用いて処理し、また、ぼけ修正および他の画像強調を実施し得る。各再構成された画像スライスは、ピクセルアレイを含む対象物５０の断層断面であり、すなわち、各画像スライスは、Ｘ線検出器１０２の受光面が延在するＸＹ平面に平行である対象物５０の断面を表し、またＺ軸に沿ったスライスの厚さを有し、および他の画像スライスとは異なるそれぞれのＺ軸に沿う位置に特定される。スライス厚さは、再構成手法と、主として走査角度１１２を含むシステム１００のジオメトリの態様との関数である。例えば、各画像スライスのスライス厚さは、システム１００のジオメトリおよび再構成手法に基づいて、０．５ｍｍであり得る。各再構成画像スライスのＺ軸に沿った望ましい位置は、ステップＳ３１６で実行される再構成に対しての入力として提供されるが、コンピュータシステム１０６における予め設定されたパラメータとして、または入力装置１１４および／またはディスプレイ装置１０８を介したユーザー入力によって提供される。単に例として、コンピュータシステム１０６によって、Ｘ線検出器１０２の表面からＺ軸に沿って１ミリメートル（１ｍｍ）離間した最初の画像スライスと、Ｘ線検出器１０２の表面から１５ミリメートル（１５ｍｍ）離間したところにある最後の画像スライスと、該最初の画像スライスと該最後の画像スライスとの間にあるＺ軸に沿った２００マイクロメートル（２００μｍ）の一定間隔刻みの画像スライスとを、総計７１枚の画像スライスとして、複数の投影画像から再構成するように命令することができる。
【００５５】
実施形態の一例では、サンプル位置は、Ｘ線検出器１０２に対して固定される。サンプル位置は、例として、例えば口腔内走査が実施されている時に歯間にクランプされるバイトブロックを含む、Ｘ線検出器１０２を所定の位置に強固に保持する装置を用いることによって固定され得る。この実施形態の例では、投影画像Ｐｉ群であって、それぞれが撮像ボリュームをマッピングするシステム投影行列Ｏｉを用いて、既知のシステムジオメトリを有する該ボリュームのサンプリングに基づいて取得される該投影画像Ｐｉ群に対して、逆投影行列Ｂｉが、Ｖｉ＝ＢｉＰｉ（Ｖｉは逆投影ボリュームおよびＰｉ＝ＯｉＶｉ）となるように計算され得る。この実施形態の例では、システムジオメトリがアライメントマーカー１２６を用いて定められる場合、逆投影行列が、既知のシステムジオメトリに従って修正され得、また加算され得る逆投影されたボリュームを計算するために使用されて、サンプリングされたボリュームを再構成することができる。
【００５６】
ステップＳ３１６におけるトモシンセシス画像スライスの再構成は、任意の現存するまたは後に開発される再構成手法に従って実行され得る。本明細書の実施形態の一例では、ステップＳ３１６におけるトモシンセシス画像スライスの再構成は、D. G. Grantによる「Tomosynthesis: A Three-Dimensional Radiographic Imaging Technique」と題する刊行物、IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Volume 19, 1972, pp. 20-28に記載された、およびJ. T. Dobbinsらによる「Digital X-ray Tomosynthesis: Current State of the Art and Clinical Potential」と題する総説刊行物、Physics in Medicine and Biology, Volume 48, 2003, pp. R65-R106 (the J. T. Dobbins et al. publication)に記載されたシフト加算手法を用いる。なお、これらの刊行物は、本明細書に完全に記載されているように、参照によりその全体が本明細書に援用される。シフト加算手法は、上述したように、複数の投影画像が取り込む視差に反映される、サブ対象物（複数可）５２のＺ軸に沿った深さに関する情報を利用する。この実施形態の例によると、画像スライスは、まず各投影画像を、画像スライスと照準点１２２との間のＺ軸に沿った距離に幾何学的に関連する量だけ空間的にシフトすることによって、再構成される。シフトされた投影画像は、次いで、合わせて平均化されて画像スライスを生成するが、そこで、画像スライスの面内にある全てのサブ対象物５２は焦点が合っており、面外のサブ対象物５２は焦点が合わずにぼやける。このシフト加算プロセスは、再構成される各画像スライスに対して繰り返される。照準点１２２を含むＸＹ平面に相当する画像スライスの場合には、サブ対象物５２が該平面に対して既に焦点が合っているために、最初に行ったシフトをすることなく投影画像が合わせて平均化される。
【００５７】
上述は、基本的なシフト加算再構成手法を説明している。本明細書の実施形態の一例では、画像スライスからぼやけた面外のサブ対象物を実質的に減じるか、または除去するぼけ修正手法が、再構成手法（シフト加算または他の手法）と併せて実行され得る。使用され得るぼけ修正手法の例は、J. T. Dobbinsらの刊行物pp. R81-R90に記載されており、該例として例えば、空間周波数フィルタリング、エクトモグラフィ、フィルタ処理した逆投影、選択的平面除去、反復復元、および行列反転トモシンセシスが挙げられ、その各々がステップＳ３１６で用いられ、シフト加算再構成手法（または適用される場合には、他の再構成手法）によって再構成された画像のぼけを修正することができる。
【００５８】
本明細書の他の例示的な実施形態では、ステップＳ３１６は、例えば、再構成（および、ぼけ修正が実行された場合には、ぼけ修正）された各画像スライス上で、画像鮮鋭化、輝度最適化、および／またはコントラスト最適化等の、自動化された画像強調を既知の方法でさらに実行するコンピュータシステム１０６も含み得る。
【００５９】
ステップ３１８では、Ｓ３１６で生成したトモシンセシス画像スライススタックからの１つ以上の画像スライスが、ディスプレイ装置１０８上に表示される。
【００６０】
図３のプロセスは、ステップＳ３２０で終了する。
トモシンセシスイメージングのためのコンピュータシステム
【００６１】
トモシンセシスデータセット取得用、該データセットの画像アライメント用、および該データセットからのマーカーアーチファクト除去用のシステム１００について説明してきたが、本明細書の例示的な実施形態のうちの少なくともいくつかにより用いられるコンピュータシステム２００のブロック図を示す図２を以下参照する。本例示的なコンピュータシステム２００に関して本明細書で種々の実施形態が説明されるが、本説明を読了すると、他のコンピュータシステムおよび／またはアーキテクチャを用いて本発明を実施する方法が、当業者に明らかになるであろう。
【００６２】
図２は、コンピュータシステム２００のブロック図を示す。本明細書の実施形態の一例では、コンピュータシステム２００の少なくとも一部のコンポーネント（その全コンポーネント、またはコンポーネント２２８の他全て）は、図１Ａに示すコンピュータシステム１０６を形成し得るか、またはコンピュータシステム１０６に含まれ得る。コンピュータシステム２００は、少なくとも１つのコンピュータプロセッサ２２２（「コントローラ」とも称する）を含む。コンピュータプロセッサ２２２として、例えば、中央処理装置、多重処理装置、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）等が挙げられ得る。プロセッサ２２２は、通信インフラストラクチャ２２４（例えば、通信バス、交差バーデバイス、またはネットワーク）に接続している。
【００６３】
また、コンピュータシステム２００は、ビデオグラフィックス、テキスト、および通信インフラストラクチャ２２４から（またはフレームバッファ（図示せず）から）の他のデータを、ディスプレイ装置２２８（実施形態の一例では、ディスプレイ装置１０８を形成し得るか、ディスプレイ装置１０８に含まれ得る）上への表示用に転送するディスプレイインターフェイス（または他の出力インターフェイス）２２６を含む。例えば、ディスプレイインターフェイス２２６は、グラフィックス処置装置を有するビデオカードを含み得る。
【００６４】
コンピュータシステム２００は、コンピュータシステム２００のユーザーによって使用され、情報をコンピュータプロセッサ２２２に送ることができる入力装置２３０をさらに含む。本明細書の実施形態の一例では、入力装置２３０は、入力装置１１４を形成し得るか、または入力装置１１４に含まれ得る。例えば、入力装置２３０は、キーボードデバイスおよび／もしくはマウスデバイス、または他の入力デバイスを含み得る。一例では、ディスプレイ装置２２８、入力装置２３０、およびコンピュータプロセッサ２２２は、合わせてユーザーインターフェイスを形成し得る。
【００６５】
例えば、タッチスクリーンを含む実施形態の例では、入力装置２３０およびディスプレイ装置２２８は、組み合わされ得るか、または同じユーザーインターフェイスを表し得る。こうした実施形態では、ディスプレイ装置２２８をタッチするユーザーによって、対応する信号がディスプレイ装置２２８からディスプレイインターフェイス２２６に送られるようになり、これにより、該信号が例えばプロセッサ２２２等のプロセッサに転送され得る。
【００６６】
加えて、コンピュータシステム２００は、メインメモリ２３２を含むが、これはランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）であることが好ましく、および二次メモリ２３４も含み得る。二次メモリ２３４は、例えば、ハードディスクドライブ２３６および／またはリムーバブルストレージドライブ２３８（例えば、フロッピーディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、およびフラッシュメモリドライブ等）を含み得る。リムーバブルストレージドライブ２３８は、周知の方法で、リムーバブルストレージ装置２４０から読み出し、および／または該装置２４０に書き込む。リムーバブルストレージ装置２４０は、リムーバブルストレージドライブ２３８によって書き込まれるか、または読み出される、例えば、フロッピーディスク、磁気テープ、光ディスク、およびフラッシュメモリデバイス等であってもよい。リムーバブルストレージ装置２４０は、コンピュータ実行可能ソフトウェア命令および／またはデータを格納する非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含み得る。
【００６７】
代替の実施形態では、二次メモリ２３４は、コンピュータシステム２００にロードされるコンピュータ実行可能プログラムまたは他の命令を格納する他のコンピュータ可読媒体を含み得る。こうしたデバイスは、リムーバブルストレージ装置２４４およびインターフェイス２４２（例えば、ビデオゲームシステムで用いられるものと同様なプログラムカートリッジおよびカートリッジインターフェイス）と；リムーバブルメモリチップ（例えば、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）またはプログラム可能読み取り専用メモリ（「ＰＲＯＭ」））および関連するメモリソケットと；リムーバブルストレージ装置２４４からコンピュータシステム２００の他の部分にソフトウェアおよびデータを転送可能にする、他のリムーバブルストレージ装置２４４およびインターフェイス２４２と、を含み得る。
【００６８】
コンピュータシステム２００は、ソフトウェアおよびデータを、コンピュータシステム２００と外部デバイスとの間で転送可能にする通信インターフェイス２４６も含み得る。通信インターフェイス２４６の例として、モデム、ネットワークインターフェイス（例えば、イーサネット（登録商標）カードまたはＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮインターフェイス）、通信ポート（例えば、ユニバーサルシリアルバス（「ＵＳＢ」）ポートまたはＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）ポート）、およびパーソナルコンピューターメモリーカード国際協会（「ＰＣＭＣＩＡ」）インターフェイス等が挙げられる。通信インターフェイス２４６を介して転送されるソフトウェアおよびデータは、通信インターフェイス２４６が送信および／または受信することができる、電気信号、電磁信号、光信号、または他の種類の信号であり得る信号の形態であってもよい。信号は、通信パス２４８（例えばチャネル）を介して通信インターフェイス２４６に提供される。通信パス２４８は信号を運ぶものであり、ワイヤもしくはケーブル、ファイバーオプティクス、電話回線、セルラリンク、または高周波（「ＲＦ」）リンク等を用いて実装され得る。通信インターフェイス２４６は、ソフトウェアもしくはデータまたは他の情報を、コンピュータシステム２００とリモートサーバまたはクラウドベースストレージ（図示せず）との間で転送するために用いられ得る。
【００６９】
１つ以上のコンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックとも称する）が、メインメモリ２３２および／または二次メモリ２３４に格納される。また、コンピュータプログラムは通信インターフェイス２４６を介して受信され得る。コンピュータプログラムは、コンピュータ実行可能な命令を含み、該命令がコンピュータプロセッサ２２２によって実行された際に、コンピュータシステム２００に本明細書に記載した、例えば図３に示した手順を実行させる。したがって、コンピュータプログラムは、コンピュータシステム１０６と、口腔内トモシンセシスシステム１００の他のコンポーネント（例えば、Ｘ線検出器１０２およびＸ線源１０４）とを制御することができる。
【００７０】
本明細書の実施形態の一例では、ソフトウェアが、非一時的コンピュータ可読記憶媒体に格納され、リムーバブルストレージドライブ２３８、ハードディスクドライブ２３６、および／または通信インターフェイス２４６を用いて、コンピュータシステム２００のメインメモリ２３２および／または二次メモリ２３４にロードされ得る。制御ロジック（ソフトウェア）は、プロセッサ２２２によって実行される際に、コンピュータシステム２００、より一般的には口腔内トモシンセシスシステム１００に、本明細書に記載した手順を実施させる。実施形態の他の例では、ＡＩＳＣおよびＦＰＧＡ等のハードウェアコンポーネントを用いて、本明細書に記載した機能を実行することができる。本明細書に記載した機能を実行するように、こうしたハードウェア構成を実装することは、本明細書に鑑みて当業者には明らかであろう。上述の記載を考慮すると、高画質のトモシンセシス画像スライスが、アライメントされた、および実質的にマーカーのない投影画像から再構成され得ることを理解することができる。
【００７１】
本明細書に鑑みて当業者によって理解されるように、本明細書に記載された態様の例は、１台のコンピュータ、または種々の上述の機能を実行するように各コンピュータが制御ロジックでプログラムされた、複数台のコンピュータを含む、コンピュータシステムを用いて実施され得る。
【００７２】
上述した種々の実施形態は、限定のためではなく、例示のために提示されている。本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、形状および詳細における種々の変更（例えば、異なるハードウェアおよび通信プロトコル等）が可能であることは、当業者に明らかであろう。したがって、本発明は上述の例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ定義されるべきである。
【００７３】
加えて、本明細書に記載された機能を強調する添付の図面は、例証として提示されていることを理解すべきである。本発明のアーキテクチャは、図面に示された方法以外の方法で利用および処理され得るように、十分柔軟かつ構成可能である。
【００７４】
さらに、本明細書に記載された実施形態の例は、口腔内トモシンセシスイメージングに限定されるものではない。本明細書に記載された実施形態の例は、他の解剖学的領域の走査を実行するために使用され得る。
【００７５】
また、要約の目的は、米国特許商標庁および公衆、ならびに特に特許用語もしくは法律用語および／または専門用語に精通していない当該技術分野の科学者、技術者、および開業医が、一読することによって、本明細書に開示された技術主題の内容および本質を迅速に特定できるようにすることにある。要旨は、いかなるようにも本発明の範囲に関して限定することを意図するものではない。特許請求の範囲に記載された手順は、提示された順番に実施しなくてもよいことも理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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